基于多能量收集器的微能源在無線傳感器網絡中的應用研究

馮賀平

摘要：傳統運用市電和電池供電的方式已經不能和微型低功耗的電子設備的需求相符合，因此，非常有必要加強研究，本文將對基于多能量收集器的微能源在無線傳感器網路中的應用進行分析。

關鍵詞：多能量收集器；微能源；無線傳感器網略

就傳感器網絡來說，其在節點體積上非常小，具體而言，主要從有限能量的電池當中進行供電，其使用壽命對傳感器節點使用的壽命造成嚴重影響，并對傳感器網絡的使用周期造成影響。因為傳感器的節點數量非常多，在成本上也比較低廉，并且被很廣泛地分布，一般情況下在比較復雜的環境中運用，部分區域是人們不能到達的地方，因此，傳感器節點對電池進行更換并不現實，所以，將基于多能量收集器的微能源在無線傳感器網絡中的應用研究勢在必行。

一、基于多能量收集器的微能源發展

（一）太陽能電池微能源的發展

自然界當中，太陽能是非常豐富的一種環境能源，可以說，光輻射能是是取之不盡的一種能源。現階段太陽能利用表現在兩個方面。第一，通過光熱效應的應用，將太陽光輻射能向熱能所轉換；第二，通過光生伏特的效應應用，把太陽光輻射能向電能進行轉變，太陽能電池是具備該性能的一種半導體器件。因為太陽能電池運用的主要是光生伏特的效應進行工作的，因此，還可以將太陽能電池稱為是光伏器件。和以往的化學電池進行比較，太陽能電池的特點與優勢非常明顯。太陽能向電能進行轉化時，是沒有噪聲的，也沒有化學污染的，給予人類的是綠色能源，有助于環境保護以及人類健康。對于太陽能電池來說，并不需要機械性的傳動裝置和無需燃料等，型號是可大可小的，具有很長的壽命，只要具有日照，就能夠按照需要對裝置進行安設，有助于全自動化網絡的。正是因為太陽能電池的優勢，可以將太陽能電池在無線傳感器網絡當中進行應用，有效地處理節點能量的供應問題。

（二）微能源技術的發展

對于微能源技術來說，主要是指實時地把環境當中的其他形式能量向電能進行的技術。生活物質空間中，有很多潛在的能源，比如，太陽能和風能與熱能以及機械振動能，還有聲能和電磁能等。當可以在傳感器網絡的節點中收集儲存能源時，就能夠將其轉化成電能，并且將能源供應給為無線傳感器的網絡。現階段，關于這方面的研究非常多，而且獲得了一定的進展。通過微能源技術的利用，可以促進傳感器節點使用壽命的提升，還技術的產生和發展為無線傳感器網絡的運行效率做了基礎保障，同時，還可以在一定程度上降低運行過程中的成本。

二、基于多能量收集器的微能源在無線傳感器網絡中應用的研究

（一）選擇太陽能電池

因為單晶硅的太陽能電池具有很高的價格，化合物的半導體太陽能的電池會有環境污染，同時材料非常稀有，加之，納米晶化學的太陽能電池在開發是剛起步的，因此，在方案的設計過程中，可以運用多晶硅的太陽能電池。太陽能的電池單片是PN結。單片電池開路的電壓主要在0.45V～0.6V范圍內，總的來說，電壓是0.5V，隨著電池串聯片數的增多逐漸提高電壓。單片電池電流受到單個PN受光面積的影響，短路電流主要是15～30m A/cm2，隨著面積的增大片數逐漸增多，電流越來越多。

（二）太陽能電池材料

太陽能電池的制作主要基礎是半導體材料，工作原理是指通過光電材料的吸收光能后出現的光電子轉移所出現的電能。根據不同的材料，可以將太陽能的電池劃分成以下幾種：硅太陽能的電池，無機鹽的多元化合物的電池，納米晶的太陽能電池。一是，單晶硅的太陽能電池。單晶硅的太陽能電池制備是在電弧爐當中用碳進行還原的。生產過程中所需高純硅材料是非常高的，同時，制造的工藝也非常復雜，需要耗費很高的電量，太陽能的組件平面在利用率上非常低；二是，多晶硅的太陽能電池。其中所運用的硅量比單晶硅低，沒有出現衰減問題，能夠在廉價底材當中進行制備，預期成本必須必單晶硅電池低；三是，化合物的半導體太陽能電池。研究和應用更多的有砷化稼III-V族化合物和硫化鍋與蹄化隔以及銅錮薄膜的電池等，硫化鍋和蹄化隔多晶薄膜的電池使用率比較高，所需要的成本比單晶硅電池低，因為鍋有劇毒，很容易發生環境污染的問題。

（三）使用蓄電池

因為太陽能電池的電力非常有限，同時，只能在白天發電，因此，需要財務針對性的措施對能量進行儲存，達到保證節點能量的需求。就蓄電而言，這是一種對電能進行儲存的容器，經常被看做是電路“能源基地”。使用蓄電池充電的效率受到充電方式的影響，也就是充電速率與電池中活性物質利用率等條件。如果充電的時間比較長，電流就會比較小，轉化電能安全的效率就會非常高，補償值也就會比較高；如果充電時間比較短，電流越大的安全電能就會更加地低。太陽能電池和蓄電池進行并聯充電的過程中，必須防止樹木與建筑物等對光線造成遮擋，繼而確保太陽能電池的正常工作。

結束語

綜上所述，在本文中，主要對基于多能量收集器的微能源在無線傳感器網路中的應用方案進行了研究，把太陽能電池與充電蓄電池看做是傳感器當中的節點電源，給予傳感器節點所有環節的供電。同時，還要在傳感器節點當中配備與之相符的太陽能電池，有助于傳感器節點和傳感器網絡生命周期的延長。選擇微能源對節點進行供電后，能夠讓無線傳感器網絡提高運行效率，并且將成本有效降低，推動了這一領域的進一步發展。

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