Un sistema de aprovechamiento de energía termoeléctrica con refrigeración pasiva para sensores IoT de exterior

Abstract

Este artículo presenta un sensor IoT energéticamente autónomo alimentado mediante recolección termoeléctrica. El funcionamiento de la recolección térmica se basa en mantener un gradiente de temperatura de al menos 26,31 K entre los lados del generador termoeléctrico. Mientras que el lado caliente emplea una placa metálica, el lado frío está fijado con un material de cambio de fase que actúa como un disipador pasivo eficaz. El gradiente de temperatura deseado permite alcanzar eficiencias de conversión de energía de aproximadamente el 26,43 %, sin las reducciones de eficiencia asociadas al calentamiento y la suciedad. Este trabajo presenta la caracterización de un generador termoeléctrico comercial de bajo costo que permite estimar la producción de al menos 407,3 mW, correspondientes a 2,44 Wh de energía disponible considerando horas de funcionamiento específicas, determinadas estadísticamente para una ubicación geográfica determinada. Posteriormente, la producción de energía se verifica experimentalmente mediante la construcción de un sensor IoT para exteriores alimentado por un generador termoeléctrico refrigerado pasivamente. El prototipo contiene un microcontrolador de bajo consumo, sensores ambientales y una radio de bajo consumo para reportar variables ambientales seleccionadas a un nodo central. Este trabajo demuestra que el mecanismo de suministro propuesto proporciona suficiente energía para un funcionamiento continuo incluso en periodos sin energía solar mediante una batería de Li-Po integrada. Esta batería puede recargarse cuando la radiación solar está disponible sin comprometer el funcionamiento del sensor.