O crescimento exponencial da Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) tem aumentado a necessidade de soluções de alimentação autónomas, sustentáveis e de baixa manutenção. Embora continuem a ser amplamente utilizadas, as baterias tradicionais apresentam limitações relevantes, nomeadamente vida útil reduzida, peso acrescido e necessidade de substituição periódica.
Neste contexto, as tecnologias de Energy Harvesting (EH) surgem como uma alternativa promissora, ao permitirem a captação de energia disponível no ambiente, proveniente de fontes solares, térmicas, piezoelétricas e de radiofrequência (RF).
Objetivo do trabalho
Este trabalho apresenta o projeto, a simulação e a validação experimental de um sistema híbrido de recolha de energia a partir de múltiplas fontes. O sistema foi concebido para alimentar sensores IoT de ultrabaixo consumo (ULP), assegurando uma operação contínua mesmo sob condições ambientais variáveis.
Arquitetura proposta
- Cada fonte de energia foi modelada e integrada num conversor CC–CC do tipo Multiple-Input Single-Output (MISO).
- Foi desenvolvido um circuito de bypass baseado em MOSFET para evitar a interrupção da corrente quando a célula solar fica inativa em condições de baixa iluminação (Figura 1).
- Os elementos piezoelétricos fornecem uma tensão de reserva de 0,5 V, enquanto um coletor de energia por radiofrequência (RF), a 2,4 GHz, complementa o sistema em ambientes interiores ou urbanos (Figura 2).
Figura 1. Experimental Setup of the Solar
Cell Bypass using MOSFET
Figura 2. RFEH PCB (Colheira de energia
por Radio Frequência)
- O conversor elevador LTC3525-3.3 aumenta as tensões de entrada de 0,85 V para 3,3 V, com uma eficiência que pode atingir 95% (Figura 3).
Figura 3. Experimental implementation of Step-Up DC-DC Converter Circuit
Resultados e validação
O circuito de bypass manteve uma operação estável, assegurando o fluxo de corrente mesmo na ausência de iluminação. O conversor elevador integrou com sucesso as tensões recolhidas, e a configuração híbrida forneceu potência contínua sempre que pelo menos uma das fontes se encontrava ativa.
Nas simulações, a etapa de radiofrequência (RF) produziu aproximadamente 0,9 V em corrente contínua (CC), confirmando a sua contribuição para a autonomia do sistema. Os resultados experimentais validam, assim, as arquiteturas propostas para a alimentação de sistemas eletrónicos de ultrabaixo consumo (ULP) por meio da integração de múltiplas fontes de Energy Harvesting.
Conclusões
A configuração híbrida reduz de forma eficaz a dependência de baterias e mitiga interrupções causadas pela variabilidade ambiental. As perdas observadas, atribuídas ao descasamento de impedâncias e às parasitagens da placa de circuito impresso (PCB), explicam o desempenho inferior do estágio de radiofrequência (RF), provavelmente associado à montagem do protótipo e ao desajuste entre componentes em altas frequências.
Fonte: A Mensagem, Boletim Informativo do Regimento de Transmissões, Ed. 2026, Porto
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Supervisores: João Paulo Neto Torres, Pedro Nuno Mendonça dos Santos