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De vuelta con los supercondensadores y el “energy harvesting”

Los que sigais el blog podreis deducir sin problemas cuando he tenido una semana fácil y cuando la he tenido difícil, en función de la dispersión en los artículos.  Los temas más complejos requieren de una concentración, que si no existe, provoca que el tiempo empleado sea improductivo. Como podeis suponer he tenido una semana complicada y no tengo capacidad de concentración, por lo que lo que he hecho es un experimento.

Compré un supercap de 1,5F y 5,5V, una placa solar pequeñita y pedí unos samples de un integrado específico para hacer energy harvesting de Linear Technology (LTC3588), que me han llegado en un tiempo record.

El integrado está pensado para aplicaciones de energy harvesting con energía piezoeléctrica, pero creo que sin problemas lo podré utilizar para estas funciones:

  • Energy harvesting de la tensión de red (con la única misión de crear un adaptador de red muy pequeño)
  • Energy harvesting de una célula solar de tamaño mínimo o en condiciones de luz interior.
  • Energy harvesting de un puerto serie (aunque se puede hacer con componentes más sencillos).

El integrado acepta un rango de entrada de tensiones de 2,7 a 20V, con limitación en los 20V y una impedáncia de entrada muy alta (como la que puede dar un piezoeléctrico), la almacena en un condensador electrolítico y entrega una tensión de salida seleccionable desde 1,8V a 5V con una corriente máxima de 100mA. Descarto el uso de los piezoeléctricos como fuentes de energía, he mirado precios y cuestan entre 100€ y 200€, es absurdo desde mi punto de vista.

Otra cosa que tiene este integrado es un pin de Energy good, que se pone en nivel alto cuando la tensión en el condensador es suficiente. Puere parecer una característica absurda, pero nos permitiría (por ejemplo) hacer un mote con una célula solar que enviara una lectura cada vez que estuviera cargado, en peores condiciones enviaría menos lecturas, en mejores condiciones más lecturas. Puede parecer absurdo en un sensor de temperatura, pero no lo sería en un sensor de iluminación, si no manda es que no hay.

Decía que iba a hacer un experimento, lo primero que quiero ver es la curva de carga:

He cogido un Arduino, el supercap y una resietencia de 220 ohm. he creado un sketch para que haga una lectura de la tensión en los bornes del supercondensador cada segundo. La constante de tiempo del circuito es de 1,5×220 -> 330 segundos, esperamos que en ese tiempo esté cargado a un 63,2% de su capacidad, a 5T -> 1650 segundos esperamos que esté cargado a un 99,3% de su valor final. El punto de inicio no ha sido los 0V, pero afecta poco al resultado.

He sacado los resultados al terminal por el puerto serie del Arduino, los he pegado en el Excel y este es el resultado, coincide plenamente con las predicciones teóricas:

 

Curva de carga del supercondensador

En el eje X el número de segundos y en el eje Y el voltaje.

Ahora vamos a descargarlo con la misma resietencia de 220 ohm (unos 20 mA a la tensión máxima), la curva de descarga es:

Curva de descarga del supercondensador

El condensador ha llegado a los 0,8V en aproximadamente 10 minutos, calculando la I en cada momento y sumando tenemos una capacidad estimada de 1.6mAh, como vamos a conectarlo a un regulador de tensión suponemos un rendimiento promedio de un poco menos del 90% -> 1.4mAh

Si con el condensador completamente cargado enviamos una lectura cada minuto, el tiempo que tenemos la radio despierta es de 100 ms y transmite el 50% del tiempo el supercondensador le da al mote una autonomía de 20 horas aproximadamente (y no está mal porque son unas 1200 lecturas, si enviamos cada 2 mintos sería el doble).

Seguramente haya personas a las que les parezca una aplicación estupida, no vamos a cargar el condensador cada 20 horas!!, pero en realidad no lo es. La conclusión del experiemento es que en una situación en la que, habitualmente, recogieramos más energía del ambiente de la que consumieramos tendríamos una autonomía de aproximadamente un día si desapereciera la fuente de energía. La aplicación más ovbia es la de un mote con una placa solar pequeña o en condiciones luminosas precarias, podría seguir funcionando de noche con la energía almacenada por el día.

Habrá que probarlo……………

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