水体监测无线传感器网络的波浪能供电装置研究

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新能源和可再生能源的开发利用已成为各国21世纪能源可持续发展战略的重要选择。波浪能作为一种无污染的可再生能源,逐渐受到重视,越来越多的波能转换装置应用于实践(例如水质监测)。波能发电是波能的主要应用之一,开发利用技术已趋于成熟,正处于向商业化努力发展阶段。   本文分析了波浪能发电的发展概况,对波浪能供电系统的研究热点、当前存在的问题以及设计过程进行了说明。本文主要工作如下:   (1)通过对现有微型波浪能供电装置的考查,设计了微型电磁感应发电装置。实现了从波浪能到机械能,再到电能的转换。此外,还测量了JN5139模块正常工作状态下的功耗情况,为波浪能供电装置实物的设计提供了理论依据。   (2)根据波浪能装置的结构形式、工作原理、现有微型波浪能供电装置的现状以及实际监测环境的气候状况,确定装置浮子类型为漂浮式、机械式;设计了AC-DC、DC—DC转换电路,稳压电路,以实现将产生的交流电转换为直流电,完成对无线传感器节点的供电;设计了蓄能装置,将有限的且不稳定的电能存储收集,有利于保证无线传感器网络系统正常工作时的稳定。   (3)根据长三角地区气候状况,搭建了流体实验室测试平台,并在不同风力参数下进行实验,测试了装置的发电量、发电效率、充满电池所需时间等参数。   (4)根据装置的发电量及转换效率,调整了影响装置性能的参数值。通过增大电磁线圈匝数,增大浮板面积,对装置进行了优化,使波浪能供电装置在转换效率、可靠性上有了较明显的改善。   (5)制作了波浪能供电装置实物。   本文的微型波浪能供电装置能够实现基本的供电功能,为延长无线传感器节点的生命周期提供了新思路、新方法。该装置属于微型供电系统在水体环境的应用,不论是为水质监测管理、无线传感器网络技术本身的发展,还是作为今后物联网发展的一部分,都具有重要的意义。鉴于波浪能利用在成本及其技术方面仍难以和常规能源相竞争,在近期内还不能得到广泛推广,但在某些不便利用常规能源的地区,有其特有的优越性和生命力。随着关键技术的逐步解决,波浪发电将会在世界能源结构中占据重要位置。
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