8_РАЕ_Исследование Солнечного источника питания для RFID метки_v1
advertisement
ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО ИСТОЧНИКА ТОКА В КАЧЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ RFID МЕТКИ Балаганских Д.С., Санников С.П. УГЛТУ, Екатеринбург, Россия STUDY OF THE SOLAR SOURCE OF THE CURRENT AS ALTERNATIVE POWER SOURCE RFID MARKS Balaganskikh D.S., Sannikov S.P. USFEU, Ekaterinburg, Russia Эколого-хазяйственная сохранность леса является не простой задачей, которую работники леса решают, используя разные методы, включая и аэрокосмические. Не один из используемых методов не обладает достаточной эффективностью, за исключением метода основанного на RFID технологии мониторинга леса [1]. Данный метод обладает индивидуальностью подхода к охраняемому участку леса, а, следовательно, в нем заложены современные технологии, направленные на оперативность информации о состоянии леса. Но у данного метода есть существенный недостаток, который необходимо решить в условиях леса. Исследования направлены в поиске альтернативного источника электропитания для RFID устройств, применяемых в лесу. Это может быть электрический конденсатор с двойным электрическим слоем (ионистор) [2], ион-литивый электрический аккумулятор. Оба источника требуют периодической подзарядки [3]. В качестве источника для подзарядки был выбран солнечные элементы, соединенные в батарею. Установка для исследования состоит из солнечной батареи размерами 50×50 мм, аккумулятора на 1,25 В, миллиамперметра с вольтметром и электронного ключа для переключения аккумулятора на разряд через постоянную нагрузку Rн. Схема установки показана на рис. 1. Солнечные лучи, попадая на чувствительную поверхность солнечной батареи Sh под действием фотонов вызывающих активацию процесса преобразования фотоэлектрического тока. Ток, от солнечной батареи через миллиамперметр А и ограничительный резистор Rогр. 10 Ом заряжает аккумулятор. Вольтметр V показывает напряжение на аккумуляторе GB во время заряда и разряда. Рис. 1. Схема установки по исследованию солнечного источника питания для устройств контроля лесоматериалов После заряда аккумулятора электронное реле ЭР отключает солнечную батарею и подключает сопротивление нагрузки для разряда аккумулятора. В установке использовано интегральное реле, которое коммутирует сопротивление нагрузки и солнечную батарею при снижении активности солнечных лучей. Тем самым обеспечивается цикл заряда и разряда аккумулятора автоматически, т.е. днем в течение 15 часов происходит зарядка аккумулятора, а ночью — разряд аккумулятора. Сопротивление нагрузки Rн выбирали из расчета максимального тока разряда для данного типа аккумулятора. В качестве милливольтметра и вольтметра использовали мультиметры типа М 830 с большим входным сопротивлением для вольтметра. В процессе экспериментальных исследований определяли возможность работы пары солнечная батарея—аккумулятор при длительных нагрузках, переменной солнечной активности в течении светового дня. Методика проведения исследований. Для сборки установки выбрано постоянное место для солнечной батареи на оконном стекле. Это условие соблюдалось в течение всего периода снятия показаний с приборов тока заряда и напряжения на аккумуляторе. Данные тока заряда и напряжения на аккумуляторе вносились в таблицу, которая содержит три столбца: «Время суток», «Ток заряда», «Напряжение». Время суток разбили на два отрезка: - дневной — для заряда аккумулятора; - ночное — для разряда аккумулятора. Во время разряда напряжение не фиксировали, т.е. равномерный разряд в течение ночного отрезка времени. Таблица Результат исследования системы питания, состоящей из пары Солнечная батарея— Аккумулятор, для питания устройств контроля лесоматериалов представлены в таблице. Время суток Ток заряда Напряжение 10-00 0,23А 1,00V 13-50 0,46A 1,06V 15-40 0,28A 1,06V 17-30 0,00A 0,72V 22-20 0,00A 0,71V Дневное время суток разделили на фиксированные промежутки, т.е. когда снимали показания с приборов. Для удобства контроля выбраны следующее время: 10-00; 13-50; 1540; 17-30; 22-20. Обсуждение результатов исследования. Из графика на рис. видно, что активный заряд продолжается до 13-50, а далее ток постепенно снижается до нуля к 17-30, т.к. в зимнее время года световая солнечная активность прекращается и наступают сумерки. В тоже время напряжение заряда на аккумуляторе незначительно возрастает и держится неизменным до 15-40. К 17-30 напряжение на аккумуляторе падает и к наступлению сумерек снижается до 0,7 В. Рис. 2. График изменения токов заряда и разряда, напряжение заряда и на аккумуляторе Из графика видно, что напряжение заряда не достигло номинального значения (1,3В— 1,4В), и время активного заряда, которое рекомендуется 15 ч. меньше необходимого. Это означает, что аккумулятор при таких условиях не может полностью зарядиться. Заключение. Проведенные исследования показали, что пара Солнечная батарея—Аккумулятор при условиях, в которых проводились опыты недостаточные. Из представленного в работе графика видно, что напряжение заряда при данных условиях не достигает номинального значения (1,3В—1,4В), и время активного заряда меньше необходимого (9 ч. против 15ч.). При таких условиях аккумулятор не может полностью зарядиться, а следовательно в последствии отдать свою энергию. Для эффективной работы необходимо: 1) увеличить площадь солнечной батареи; 2) использовать другой тип аккумулятора, например Ион-Литий. Список литературы: 1. Герц Э.Ф., Санников С.П., Соловьев В.М. Использование радиочастотных устройств для мониторинга экологической ситуации в лесах // Всероссийский научный аграрный журнал. «Аграрный вестник Урала». — Екатеринбург: АВУ, № 1 (93), 2012 г. С. 37—39. 2. Балаганских Д.С., Санников С.П. Использование ионистора в качестве резервного источника питания // Научное творчество молодежи — лесному комплексу России. Материалы VIII всероссийской науч.-техн. конф. Ч.1. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. С. 303—306. 3. Балаганских Д.С., Санников С.П. Анализ альтернативных источников питания для активных RFID меток // Научное творчество молодежи — лесному комплексу России. Материалы VII всероссийской науч.-техн. конф. Ч. 1. Екатеринбург: УГЛТУ, 2011. С. 3—4.
