基于多能量收集器的微能源在无线传感器网络中的应用研究

冯贺平

摘要：传统运用市电和电池供电的方式已经不能和微型低功耗的电子设备的需求相符合，因此，非常有必要加强研究，本文将对基于多能量收集器的微能源在无线传感器网路中的应用进行分析。

关键词：多能量收集器；微能源；无线传感器网略

就传感器网络来说，其在节点体积上非常小，具体而言，主要从有限能量的电池当中进行供电，其使用寿命对传感器节点使用的寿命造成严重影响，并对传感器网络的使用周期造成影响。因为传感器的节点数量非常多，在成本上也比较低廉，并且被很广泛地分布，一般情况下在比较复杂的环境中运用，部分区域是人们不能到达的地方，因此，传感器节点对电池进行更换并不现实，所以，将基于多能量收集器的微能源在无线传感器网络中的应用研究势在必行。

一、基于多能量收集器的微能源发展

（一）太阳能电池微能源的发展

自然界当中，太阳能是非常丰富的一种环境能源，可以说，光辐射能是是取之不尽的一种能源。现阶段太阳能利用表现在两个方面。第一，通过光热效应的应用，将太阳光辐射能向热能所转换；第二，通过光生伏特的效应应用，把太阳光辐射能向电能进行转变，太阳能电池是具备该性能的一种半导体器件。因为太阳能电池运用的主要是光生伏特的效应进行工作的，因此，还可以将太阳能电池称为是光伏器件。和以往的化学电池进行比较，太阳能电池的特点与优势非常明显。太阳能向电能进行转化时，是没有噪声的，也没有化学污染的，给予人类的是绿色能源，有助于环境保护以及人类健康。对于太阳能电池来说，并不需要机械性的传动装置和无需燃料等，型号是可大可小的，具有很长的寿命，只要具有日照，就能够按照需要对装置进行安设，有助于全自动化网络的。正是因为太阳能电池的优势，可以将太阳能电池在无线传感器网络当中进行应用，有效地处理节点能量的供应问题。

（二）微能源技术的发展

对于微能源技术来说，主要是指实时地把环境当中的其他形式能量向电能进行的技术。生活物质空间中，有很多潜在的能源，比如，太阳能和风能与热能以及机械振动能，还有声能和电磁能等。当可以在传感器网络的节点中收集储存能源时，就能够将其转化成电能，并且将能源供应给为无线传感器的网络。现阶段，关于这方面的研究非常多，而且获得了一定的进展。通过微能源技术的利用，可以促进传感器节点使用寿命的提升，还技术的产生和发展为无线传感器网络的运行效率做了基础保障，同时，还可以在一定程度上降低运行过程中的成本。

二、基于多能量收集器的微能源在无线传感器网络中应用的研究

（一）选择太阳能电池

因为单晶硅的太阳能电池具有很高的价格，化合物的半导体太阳能的电池会有环境污染，同时材料非常稀有，加之，纳米晶化学的太阳能电池在开发是刚起步的，因此，在方案的设计过程中，可以运用多晶硅的太阳能电池。太阳能的电池单片是PN结。单片电池开路的电压主要在0.45V～0.6V范围内，总的来说，电压是0.5V，随着电池串联片数的增多逐渐提高电压。单片电池电流受到单个PN受光面积的影响，短路电流主要是15～30m A/cm2，随着面积的增大片数逐渐增多，电流越来越多。

（二）太阳能电池材料

太阳能电池的制作主要基础是半导体材料，工作原理是指通过光电材料的吸收光能后出现的光电子转移所出现的电能。根据不同的材料，可以将太阳能的电池划分成以下几种：硅太阳能的电池，无机盐的多元化合物的电池，纳米晶的太阳能电池。一是，单晶硅的太阳能电池。单晶硅的太阳能电池制备是在电弧炉当中用碳进行还原的。生产过程中所需高纯硅材料是非常高的，同时，制造的工艺也非常复杂，需要耗费很高的电量，太阳能的组件平面在利用率上非常低；二是，多晶硅的太阳能电池。其中所运用的硅量比单晶硅低，没有出现衰减问题，能够在廉价底材当中进行制备，预期成本必须必单晶硅电池低；三是，化合物的半导体太阳能电池。研究和应用更多的有砷化稼III-V族化合物和硫化锅与蹄化隔以及铜锢薄膜的电池等，硫化锅和蹄化隔多晶薄膜的电池使用率比较高，所需要的成本比单晶硅电池低，因为锅有剧毒，很容易发生环境污染的问题。

（三）使用蓄电池

因为太阳能电池的电力非常有限，同时，只能在白天发电，因此，需要财务针对性的措施对能量进行储存，达到保证节点能量的需求。就蓄电而言，这是一种对电能进行储存的容器，经常被看做是电路“能源基地”。使用蓄电池充电的效率受到充电方式的影响，也就是充电速率与电池中活性物质利用率等条件。如果充电的时间比较长，电流就会比较小，转化电能安全的效率就会非常高，补偿值也就会比较高；如果充电时间比较短，电流越大的安全电能就会更加地低。太阳能电池和蓄电池进行并联充电的过程中，必须防止树木与建筑物等对光线造成遮挡，继而确保太阳能电池的正常工作。

结束语

综上所述，在本文中，主要对基于多能量收集器的微能源在无线传感器网路中的应用方案进行了研究，把太阳能电池与充电蓄电池看做是传感器当中的节点电源，给予传感器节点所有环节的供电。同时，还要在传感器节点当中配备与之相符的太阳能电池，有助于传感器节点和传感器网络生命周期的延长。选择微能源对节点进行供电后，能够让无线传感器网络提高运行效率，并且将成本有效降低，推动了这一领域的进一步发展。

参考文献：

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