Wspólna technologia słoneczna może zasilać inteligentne urządzenia w pomieszczeniach

Za każdym razem, gdy włączasz światło w domu lub w biurze, zużywasz energię. Ale co, jeśli pstryknięcie włącznika światła oznaczało również wytwarzanie energii?

Zwykle myślimy o ogniwach słonecznych lub fotowoltaicznych (PV) przymocowanych do dachów, przekształcających światło słoneczne w energię elektryczną, ale wprowadzenie tej technologii do pomieszczeń może jeszcze bardziej zwiększyć efektywność energetyczną budynków i pobudzić szereg bezprzewodowych inteligentnych technologii, takich jak czujniki dymu, kamery i temperatura czujniki, zwane również urządzeniami Internetu rzeczy (IoT). Teraz badanie przeprowadzone przez Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) sugeruje, że proste podejście do przechwytywania światła w pomieszczeniach może być w zasięgu ręki. Naukowcy z NIST przetestowali możliwość ładowania w pomieszczeniach małych modułowych urządzeń fotowoltaicznych wykonanych z różnych materiałów, a następnie podłączyli moduł o najniższej wydajności – złożony z krzemu – do bezprzewodowego czujnika temperatury.

Wyniki zespołu', opublikowane w czasopiśmieNauka o energii& Inżynieriapokazują, że moduł krzemowy, pochłaniając tylko światło z diody LED, dostarczał więcej energii niż czujnik zużywany podczas pracy. Wynik ten sugeruje, że urządzenie może działać nieprzerwanie, gdy światła pozostają włączone, co eliminuje potrzebę ręcznej wymiany lub ładowania baterii przez kogoś.

& quot;Ludzie w tej dziedzinie zakładają, że' w dłuższej perspektywie można zasilać urządzenia IoT modułami fotowoltaicznymi, ale' tak naprawdę nie widzieliśmy wcześniej danych, które by to wspierały teraz, więc jest to pierwszy krok, aby powiedzieć, że możemy to zrobić," powiedział Andrew Shore, inżynier mechanik z NIST i główny autor badania.

Większość budynków jest oświetlona w ciągu dnia zarówno światłem słonecznym, jak i sztucznym. O zmierzchu te ostatnie mogły nadal dostarczać energię do urządzeń. Jednak światło z typowych źródeł wewnętrznych, takich jak diody LED, obejmuje węższe spektrum światła niż szersze pasma emitowane przez słońce, a niektóre materiały do ​​ogniw słonecznych lepiej wychwytują te długości fal niż inne.

Aby dokładnie dowiedzieć się, jak ułoży się kilka różnych materiałów, Shore i jego koledzy przetestowali minimoduły fotowoltaiczne wykonane z fosforku galu i indu (GaInP), arsenku galu (GaAs) – dwóch materiałów nastawionych na białe światło LED – oraz krzemu, mniej wydajny, ale tańszy i pospolity materiał.

Naukowcy umieścili moduły o szerokości centymetrów pod białą diodą LED, umieszczoną w nieprzezroczystej czarnej skrzynce, aby zablokować zewnętrzne źródła światła. Przez cały czas trwania eksperymentów dioda LED wytwarzała światło o stałym natężeniu 1000 luksów, porównywalnym do natężenia światła w dobrze oświetlonym pomieszczeniu. W przypadku modułów fotowoltaicznych krzemowych i GaAs nasiąkanie światłem wewnętrznym okazało się mniej wydajne niż światło słoneczne, ale moduł GaInP działał znacznie lepiej w świetle LED niż w świetle słonecznym. Zarówno moduły GaInP, jak i GaAs znacznie wyprzedziły krzem w pomieszczeniach, przekształcając odpowiednio 23,1% i 14,1% światła LED na energię elektryczną, w porównaniu z 9,3% sprawnością konwersji energii krzemu'.

Nie jest zaskoczeniem dla naukowców, że rankingi były takie same w przypadku testu ładowania, w którym zmierzono, ile czasu zajęło modułom napełnienie w połowie naładowanego akumulatora 4,18 V, przy czym krzem wszedł na końcu z marginesem ponad półtora dnia.

Zespół był zainteresowany sprawdzeniem, czy moduł krzemowy, pomimo słabej wydajności w porównaniu z konkurentami z najwyższej półki, może generować wystarczającą moc, aby uruchomić urządzenie IoT o niskim zapotrzebowaniu, powiedział Shore.

Wybranym przez nich urządzeniem IoT do następnego eksperymentu był czujnik temperatury, który podłączyli do krzemowego modułu fotowoltaicznego, umieszczonego ponownie pod diodą LED. Po włączeniu czujnika naukowcy odkryli, że był on w stanie bezprzewodowo przesyłać odczyty temperatury do pobliskiego komputera, zasilanego samym modułem krzemowym. Po dwóch godzinach wyłączyli światło w czarnej skrzynce, a czujnik nadal działał, a jego bateria rozładowywała się o połowę szybciej niż ładowanie.

& quot;Nawet z mniej wydajnym minimodułem odkryliśmy, że nadal możemy dostarczać więcej energii niż zużyty czujnik bezprzewodowy," powiedział Shore.

Badacze' Odkrycia sugerują, że już wszechobecny materiał w zewnętrznych modułach fotowoltaicznych można ponownie wykorzystać do urządzeń wewnętrznych z bateriami o małej pojemności. Wyniki są szczególnie przydatne w budynkach komercyjnych, w których światła są włączone przez całą dobę. Ale jak dobrze urządzenia zasilane PV będą działać w pomieszczeniach, które są oświetlane tylko z przerwami w ciągu dnia lub wyłączane w nocy? A jak duży wpływ miałoby światło z otoczenia napływające z zewnątrz? Domy i biura to w końcu' nie czarne skrzynki.

Zespół planuje zająć się obydwoma pytaniami, najpierw konfigurując urządzenia do pomiaru światła w NIST&# 39, obiekt testowy o zerowej energii netto, aby uzyskać zrozumienie, jakie światło jest dostępne w ciągu dnia w przeciętnej rezydencji, Shore powiedział. Następnie' odtworzą warunki oświetleniowe domu zerowego netto w laboratorium, aby dowiedzieć się, jak urządzenia IoT zasilane energią PV działają w warunkach mieszkaniowych.

Wprowadzanie ich danych do modeli komputerowych będzie również ważne dla przewidywania, ile mocy moduły fotowoltaiczne wyprodukują w pomieszczeniach przy określonym poziomie oświetlenia, co jest kluczową zdolnością do opłacalnego wdrożenia tej technologii.

& quot;My' cały czas włączamy nasze światła, a ponieważ coraz bardziej zbliżamy się do skomputeryzowanych budynków komercyjnych i domów, fotowoltaika może być sposobem na zebranie części zmarnowanej energii świetlnej i poprawę naszej efektywności energetycznej ,&cyt; powiedział Shore.

Źródło historii:

Materiałydostarczone przezNarodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST).Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.