Tehnologia solară comună poate alimenta dispozitivele inteligente în interior

De fiecare dată când aprindeți o lumină acasă sau la birou, consumați energie. Dar dacă acționarea comutatorului luminii ar însemna și producerea de energie?

De obicei, ne gândim la celule solare sau fotovoltaice (PV), fixate pe acoperișuri, transformând lumina soarelui în electricitate, dar aducerea acestei tehnologii în interior ar putea spori și mai mult eficiența energetică a clădirilor și ar putea energiza ramuri de tehnologii inteligente wireless, cum ar fi alarmele de fum, camerele și temperatura. senzori, numiți și dispozitive Internet of Things (IoT). Acum, un studiu de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) sugerează că o abordare simplă pentru captarea luminii în interior poate fi la îndemână. Cercetătorii NIST au testat capacitatea de încărcare în interior a dispozitivelor fotovoltaice modulare mici realizate din diferite materiale și apoi au conectat modulul cu cea mai scăzută eficiență -- compus din siliciu -- la un senzor de temperatură fără fir.

Rezultatele echipei', publicate în jurnalEnergy Science&lificator; Inginerie, demonstrează că modulul de siliciu, absorbind doar lumina de la un LED, a furnizat mai multă putere decât senzorul consumat în funcționare. Acest rezultat sugerează că dispozitivul ar putea funcționa continuu în timp ce luminile rămân aprinse, ceea ce ar elimina nevoia ca cineva să schimbe sau să reîncarce manual bateria.

& quot;Oamenii din domeniu au presupus că'este posibilă alimentarea dispozitivelor IoT cu module fotovoltaice pe termen lung, dar nu am văzut cu adevărat datele care să susțină asta până acum. acum, deci acesta este un fel de prim pas pentru a spune că putem reuși," a spus Andrew Shore, un inginer mecanic NIST și autorul principal al studiului.

Majoritatea clădirilor sunt iluminate de un amestec atât de soare, cât și de surse de lumină artificială în timpul zilei. La amurg, acesta din urmă ar putea continua să furnizeze energie dispozitivelor. Cu toate acestea, lumina provenită de la sursele interioare comune, cum ar fi LED-urile, se întinde pe un spectru de lumină mai îngust decât benzile mai largi emise de soare, iar unele materiale pentru celule solare sunt mai bune la captarea acestor lungimi de undă decât altele.

Pentru a afla exact cum s-ar stivui câteva materiale diferite, Shore și colegii săi au testat mini module fotovoltaice din fosfură de galiu indiu (GaInP), arseniură de galiu (GaAs) -- două materiale orientate către lumina LED albă -- și siliciu, un material mai puțin eficient, dar mai accesibil și banal.

Cercetătorii au plasat modulele cu lățimea de centimetri sub un LED alb, găzduit într-o cutie neagră opaca pentru a bloca sursele de lumină externe. LED-ul a produs lumină la o intensitate fixă ​​de 1000 de lux, comparabilă cu nivelurile de lumină dintr-o încăpere bine iluminată, pe toată durata experimentelor. Pentru modulele fotovoltaice cu siliciu și GaAs, înmuierea în lumina interioară s-a dovedit mai puțin eficientă decât lumina soarelui, dar modulul GaInP a funcționat mult mai bine sub LED decât lumina soarelui. Atât modulele GaInP, cât și GaAs au depășit semnificativ siliciul în interior, transformând 23,1% și, respectiv, 14,1% din lumina LED în energie electrică, în comparație cu eficiența de conversie a puterii de 9,3% a siliciului'.

Nu surprinzând cercetătorii, clasamentele au fost aceleași pentru un test de încărcare în care au cronometrat cât de mult le-a luat modulelor să umple o baterie de 4,18 volți încărcată pe jumătate, cu siliciul ajungând ultimul cu o marjă de mai mult de un zi jumate.

Echipa a fost interesată să afle dacă modulul de siliciu, în ciuda performanței sale slabe în comparație cu concurenții săi de top, ar putea genera suficientă putere pentru a rula un dispozitiv IoT cu cerere redusă, a spus Shore.

Dispozitivul lor IoT ales pentru următorul experiment a fost un senzor de temperatură pe care l-au conectat la modulul fotovoltaic din siliciu, plasat încă o dată sub un LED. La pornirea senzorului, cercetătorii au descoperit că acesta a fost capabil să transmită fără fir citirile de temperatură la un computer din apropiere, alimentat numai de modulul de siliciu. După două ore, au stins lumina din cutia neagră și senzorul a continuat să funcționeze, bateria epuizându-se la jumătate din viteza necesară pentru încărcare.

& quot;Chiar și cu un minimodul mai puțin eficient, am constatat că am putea încă furniza mai multă putere decât senzorul wireless consumat," spuse Shore.

Cercetătorii' descoperirile sugerează că un material deja omniprezent în modulele fotovoltaice exterioare ar putea fi reutilizat pentru dispozitive de interior cu baterii de capacitate redusă. Rezultatele sunt aplicabile în special clădirilor comerciale unde luminile sunt aprinse non-stop. Dar cât de bine ar funcționa dispozitivele alimentate cu energie fotovoltaică în spații care sunt iluminate doar intermitent pe tot parcursul zilei sau închise noaptea? Și cât de factor ar fi lumina ambientală care pătrunde din exterior? La urma urmei, casele și spațiile de birouri nu sunt'cutii negre.

Echipa intenționează să abordeze ambele întrebări, mai întâi prin înființarea de dispozitive de măsurare a luminii în instalația de testare rezidențială Net-Zero Energy NIST', pentru a înțelege ce lumină este disponibilă pe tot parcursul zilei într-o reședință medie, Shore. spus. Apoi'vor replica condițiile de iluminare ale casei cu zero net din laborator pentru a afla cum funcționează dispozitivele IoT alimentate cu PV într-un scenariu rezidențial.

Introducerea datelor lor în modele computerizate va fi, de asemenea, importantă pentru a estima cât de multă putere ar produce modulele fotovoltaice în interior, având în vedere un anumit nivel de lumină, o capacitate cheie pentru implementarea rentabilă a tehnologiei.

& quot;Noi'ne aprindem luminile tot timpul și pe măsură ce ne îndreptăm mai mult către clădiri comerciale computerizate și case, PV ar putea fi o modalitate de a colecta o parte din energia luminoasă irosită și de a ne îmbunătăți eficiența energetică. ," spuse Shore.

Sursa povestirii:

Materialefurnizat deInstitutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST).Notă: conținutul poate fi editat pentru stil și lungime.