Energy Harvesting system with battery-supercapacitor hybrid storage for highly maintenance-free remote sensing stations

• Autorzy: Szybiński Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.09.57

Warianty tytułu

PL

System pozyskiwania energii z hybrydowym magazynem energii, bateria-superkondensator dla wysoce bezobsługowych stacji zdalnego pomiaru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this article, the usage of a Hybrid Energy Storage System concept is proposed. The proposed solution is dedicated to Energy Harvesting systems operating in remote areas, where a high level of maintenance-free operation and reliability is required. Attention is drawn to the problem of self-discharge in traditional batteries, proposing the use of batteries as a source with a much lower self-discharge rate, supported by a supercapacitor.

PL

W artykule zaproponowano wykorzystanie idei Hybrydowego Systemu Magazynowania Energii. Proponowane rozwiązanie dedykowane jest systemom pozyskiwania energii, pracującym na obszarach odległych, w których wymagany jest wysoki poziom bezobsługowości, a zarazem niezawodności. Zwrócono uwagę na problem samorozładowania klasycznych akumulatorów, proponując wykorzystanie baterii jako źródła o znacznie mniejszym współczynniku samorozładowania, wspomaganego superkondensatorem.

Słowa kluczowe

EN

energy harvesting; supercapacitor; renewable energy; hybrid energy storage system

PL

pozyskiwanie energii; superkondensator; stacja zdalnego odczytu; hybrydowy system magazynowania energii

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 9
• Strony: 292--297
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys.

Twórcy

autor

Szybiński Krzysztof

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów, Katedra Metrologii Elektronicznej i Fotonicznej, 50-317 Wrocław, ul. B. Prusa 53/55, Bud. E-1

• https://orcid.org/0000-0002-5963-4361

Bibliografia

• [1] Salamon N., Bernacki Ł., Gozdur R., Lisik Z., Skotnicki T.: Przegląd metod zasilania alternatywnego w bliskim otoczeniu człowieka, Przegląd Elektrotechniczny, (2015), nr 9, 158-161, [doi:10.15199/48.2015.09.41]
• [2] Dziadak B., Makowski Ł., Michalski A.,: Survey Of Energy Harvesting Systems For Wireless Sensor Networks In Environmental Monitoring, Metrology and Measurement Systems, (2016), Vol. 23 (2016), No. 4, pp. 495–512, [doi: 10.1515/mms-2016-0053]
• [3] Elahi H., Munir K., Eugeni M., Atek S., Gaudenzi P.: Energy Harvesting towards Self-Powered IoT Devices. Energies – 10/ (2020) 13, 5528 [doi:10.3390/en13215528]
• [4] Calautit K., Nasir D.S.N.M., Hughes B.R.: Low power energy harvesting systems: State of the art and future challenges - Renewable and Sustainable Energy Reviews, 147, [111230]. [doi.org/10.1016/j.rser.2021.111230]
• [5] Calautit K., Nasir D.S.N.M., Hughes B.R.: Low power energy harvesting systems: State of the art and future challenges - Renewable and Sustainable Energy Reviews, 147, [111230]. [doi.org/10.1016/j.rser.2021.111230]
• [6] Garche J., Dyer C.K., Moseley P.T., Ogumi Z., Rand D.A.J., Scrosati B. (2013). Encyclopedia of Electrochemical Power Sources. Newnes. p. 407. ISBN 978-0-444-52745-5.
• [7] Rogowski S., Sibiński M., Garlikowski K.: Zastosowanie superkondensatorów w instalacjach fotowoltaicznych, Przegląd Elektrotechniczny, (2021), nr 12, 173-178, [doi:10.15199/48.2021.12.36]
• [8] Szewczyk, A., Sikula, J., Sedlakova, V., Majzner, J., Sedlak, P., Kuparowitz, T.: Voltage Dependence of Supercapacitor Capacitance, Metrology and Measurement Systems, Vol. 23 (2016), No. 3, pp. 403–411, doi: 10.1515/mms-2016-0031.
• [9] Calautit K., Nasir D.S.N.M., Hughes B.R.: Low power energy harvesting systems: State of the art and future challenges - Renewable and Sustainable Energy Reviews, 147, [111230]. [doi.org/10.1016/j.rser.2021.111230]
• [10] Matelski W., Wolski L., Abramik S.: Bidirectional DC/DC Converter built with the use of SiC Elements. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska - IAPGOŚ 3/2016, 64-69, DOI:10.5604/20830157.1212271
• [11] Riaz A., Sarker M.R., Saad M.H.M., Ramizi M.: Review on Comparison of Different Energy Storage Technologies Used in Micro-Energy Harvesting, WSNs, Low-Cost Microelectronic Devices: Challenges and Recommendations. Sensors (2021), 21(15), 5041; https://doi.org/10.3390/s21155041
• [12] Sanislav T., Mois G.D.,Zeadally S., Folea S.C.:Energy Harvesting Techniques for Internet of Things (IoT) IEEE Access VOLUME 9, (2021) doi: 10.1109/ACCESS.2021.3064066]
• [13] Zou Y., Yue X., Du S.: A Nanopower 95.6% Efficiency Voltage Regulator with Adaptive Supply Switching for Energy Harvesting Applications. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (pp.3557-3561) (2022) [doi.org/10.1109/ISCAS48785.2022.9937775]
• [14] Vankecke C., Assouère L., Wang A., Durand-Estèbe P., Caignet F., Dilhac J.M., Bafleur M.: Multisource and Battery- Free Energy Harvesting Architecture for Aeronautics Applications - IEEE Transactions on Power Electronics- Vol. 30, Issue: 6, June 2015 [doi: 10.1109/TPEL.2014.2331365]
• [15] Płachta, K., Mroczka, J., Ostrowski, M.: A New Approach to Water Cooling of Photovoltaic Panels with a Tracking System, Metrology and Measurement Systems, Vol. 30 (2023) No. 4, pp. 675–687. [doi: 10.24425/mms.2023.147961]
• [16] Estrada-López, J.J.; Abuellil, A.; Zeng, Z.; Sánchez-Sinencio, E. Multiple Input Energy Harvesting Systems for Autonomous IoT End-Nodes. J. Low Power Electron. Appl. 2018, 8(1), 6; [doi: 10.3390/jlpea8010006]
• [17] Du S., Amaratunga G. A. J., Seshia A.A.: A Cold-Startup SSHI Rectifier for Piezoelectric Energy Harvesters With Increased Open-Circuit Voltage, IEEE Transactions on Power Electronics (Volume: 34, Issue: 1, January 2019) [doi: 10.1109/TPEL.2018.2815536]
• [18] Gosliga J.: On the Efficiency of Multi-Source Energy Harvesters, Doctoral dissertation, University of Sheffield. (2019)
• [19] Gogolou V., Kozalakis K., Koutroulis K., Siskos S.: An Ultra- Low-Power CMOS Supercapacitor Storage Unit for Energy Harvesting Applications - Electronics (2021), 10(17), 2097; [doi.org/10.3390/electronics10172097]
• [20] Akpakwu, G. A., Silva, B. J., Hancke, G. P., Abu-Mahfouz, A. M.: A Survey on 5G Networks for the Internet of Things: Communication Technologies and Challenges, IEEE Access, (2017),Vol.6,3619–3647, [doi: 10.1109/ACCESS.2017.2779844]
• [21] Murdyantoro, E., Nugraha, A. W. W., Wardhana, A. W., Fadli, A., Zulfa, M. I.: A review of LoRa technology and its potential use for rural development in Indonesia, AIP Conference Proceedings,(2019),Vol.2094,Issue1,id.02001, [doi:10.1063/1.5097480]
• [22] Bonilla, V., Campoverde, B., Yoo, S. G.: A Systematic Literature Review of LoRaWAN: Sensors, (2023), 23(20), 8440, [doi: 10.3390/s23208440]
• [23] A. Zankiewicz: Eksperymentalna analiza efektywności transmisji danych w sieci LoRaWAN w eksploatacji na terenie miejskim, Przegląd Elektrotechniczny, R. 99 Nr 5/2023, [doi: 10.15199/48.2023.05.08]
• [24] Tadiran Lithium Batteries- Product Data Catalogue (access 24 March2024)https://tadiranbatteries.de/wpcontent/uploads/2023/ 02/product-data-catalogue-tadiran-lithium-batteries.pdf
• [25] Primary lithium battery LS 14250 Doc. No 31072-2-0909
• [26] Bor, M., Roedig, U.: LoRa Transmission Parameter Selection, 13th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems, 13th International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems, (2017) [doi: 10.1109/DCOSS.2017.1]
• [27] Semtech WIRELESS, SENSING & TIMING DATASHEET, SX1276/77/78/79, Rev. 5 – (August 2016)
• [28] ADuCM4050 Ultra Low Power ARM Cortex-M4F Rev.ADatasheet
• [29] Fanariotis, A., Orphanoudakis, T., Fotopoulos, V.: Reducing the Power Consumption of Edge Devices Supporting Ambient Intelligence Applications, Information, (2024), 15(3), [doi: 161, 10.3390/info15030161]
• [30] Bosch BME280:Final data sheet, BST-BME280-DS001-10, 0 273 141 185, (May 2015)
• [31] BQ25570 Slusbh2g –March 2013–Revised (March 2019)
• [32] LTC3105 (Nov 10, 2015)- Datasheet

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).