Common Solar Tech може живити розумні пристрої в приміщенні

Кожен раз, коли ви вмикаєте світло вдома чи в офісі, ви витрачаєте енергію. Але що, якщо перемикання вимикача означало також виробництво енергії?

Зазвичай ми думаємо про сонячні або фотоелектричні (PV) елементи, закріплені на дахах, які перетворюють сонячне світло в електрику, але впровадження цієї технології в приміщення може ще більше підвищити енергоефективність будівель і активізувати діапазони бездротових розумних технологій, таких як димові сигналізації, камери та температура. датчики, які також називають пристроями Інтернету речей (IoT). Тепер дослідження Національного інституту стандартів і технологій (NIST) показує, що простий підхід до захоплення світла в приміщенні може бути в межах досяжності. Дослідники NIST перевірили здатність невеликих модульних фотоелектричних пристроїв, виготовлених з різних матеріалів, заряджатися всередині приміщень, а потім підключили модуль з найнижчою ефективністю, що складається з кремнію, до бездротового датчика температури.

Результати команди&№39, опубліковані в журналіEnergy Science& Інженерія, демонструють, що кремнієвий модуль, поглинаючи лише світло від світлодіода, забезпечував більше енергії, ніж споживав датчик під час роботи. Цей результат говорить про те, що пристрій може працювати безперервно, поки лампи залишаються ввімкненими, що позбавить від необхідності вручну замінювати або заряджати акумулятор.

& quot;Люди в цій галузі припускали, що'можливо живити пристрої IoT за допомогою фотоелектричних модулів у довгостроковій перспективі, але ми'насправді не бачили даних, які б підтвердили це раніше тепер, тож це свого роду перший крок, щоб сказати, що ми можемо це зробити," сказав Ендрю Шор, інженер-механік NIST і провідний автор дослідження.

Більшість будівель протягом дня освітлюються як сонцем, так і штучними джерелами світла. У сутінках останні могли продовжувати постачати енергію в пристрої. Однак світло від звичайних внутрішніх джерел, таких як світлодіоди, охоплює вужчий спектр світла, ніж ширші смуги, що випромінюються сонцем, і деякі матеріали сонячних елементів краще вловлюють ці довжини хвилі, ніж інші.

Щоб точно з’ясувати, як складаються різні матеріали, Шор і його колеги випробували фотоелементні міні-модулі, виготовлені з фосфіду галію-індію (GaInP), арсеніду галію (GaAs) — двох матеріалів, призначених для білого світлодіодного світла — і кремнію, менш ефективний, але більш доступний і звичайний матеріал.

Дослідники помістили модулі сантиметрової ширини під білий світлодіод, розміщений всередині непрозорої чорної коробки, щоб блокувати зовнішні джерела світла. Світлодіод виробляв світло з фіксованою інтенсивністю 1000 люкс, що можна порівняти з рівнями світла в добре освітленому приміщенні, протягом тривалості експериментів. Для кремнієвих і GaAs фотоелектричних модулів замочування при внутрішньому освітленні виявилося менш ефективним, ніж сонячне світло, але модуль GaInP працював набагато краще під світлодіодами, ніж сонячне світло. Модулі GaInP і GaAs значно випереджають кремній у приміщенні, перетворюючи 23,1% і 14,1% світлодіодного світла в електричну енергію, відповідно, порівняно з ефективністю перетворення потужності кремнію', яка становить 9,3%.

Як не дивно для дослідників, рейтинги були однаковими для тесту зарядки, під час якого вони визначали, скільки часу знадобилося модулям, щоб заповнити напівзаряджену батарею на 4,18 вольта, причому кремній був останнім з відривом більше ніж у півтора дня.

Команда була зацікавлена ​​в тому, щоб дізнатися, чи зможе кремнієвий модуль, незважаючи на його низьку продуктивність у порівнянні з його топовими конкурентами, генерувати достатньо енергії для роботи пристрою IoT з низьким попитом, сказав Шор.

Їхнім IoT-пристроєм для наступного експерименту був датчик температури, який вони підключили до кремнієвого фотоелектричного модуля, знову поміщеного під світлодіод. Увімкнувши датчик, дослідники виявили, що він може бездротовим зв’язком передавати показники температури на комп’ютер поблизу, живлення якого працює лише від кремнієвого модуля. Через дві години вони вимкнули світло в чорній скриньці, і датчик продовжував працювати, його батарея розрядилася на половину швидкості, необхідної для заряджання.

& quot;Навіть з менш ефективним міні-модулем ми виявили, що все одно можемо забезпечити більше енергії, ніж споживає бездротовий датчик," — сказав Шор.

Дослідники&№39; Результати свідчать про те, що вже повсюдно поширений матеріал у зовнішніх фотоелектричних модулях можна було б використовувати для внутрішніх пристроїв з батареями малої ємності. Результати особливо застосовні до комерційних будівель, де освітлення вмикається цілодобово. Але наскільки добре будуть працювати фотоелектричні пристрої в приміщеннях, які освітлюються лише з перервами протягом дня або відключаються на ніч? І наскільки істотним буде навколишнє світло, що надходить ззовні? Зрештою, будинки та офісні приміщення — це не чорні ящики.

Команда планує вирішити обидва питання, спочатку встановивши світловимірювальні прилади в NIST's Net-Zero Energy Residential Test Facility, щоб отримати розуміння того, яке світло доступне протягом дня в середньому житловому приміщенні, Шор. сказав. Потім вони'повторять умови освітлення будинку з нульовою чистотою в лабораторії, щоб з’ясувати, як працюють IoT-пристрої з фотоелектричним живленням у житловому сценарії.

Передача їхніх даних у комп’ютерні моделі також буде важливою для прогнозування того, скільки потужності фотоелектричні модулі вироблятимуть у приміщенні за певного рівня світла, що є ключовою можливістю для економічно ефективного впровадження технології.

& quot;Ми' постійно вмикаємо світло, і оскільки ми все більше рухаємося до комп'ютеризованих комерційних будівель і будинків, PV може стати способом зібрати частину втраченої світлової енергії та підвищити нашу енергоефективність ," — сказав Шор.

Джерело історії:

МатеріализабезпечуєтьсяНаціональний інститут стандартів і технологій (NIST).Примітка. Вміст можна редагувати за стилем та довжиною.