Spoločná solárna technológia môže napájať inteligentné zariadenia v interiéri

Kedykoľvek rozsvietite svetlo doma alebo v kancelárii, míňate energiu. Ale čo ak prepnutie vypínača znamenalo aj výrobu energie?

Zvyčajne uvažujeme o solárnych alebo fotovoltaických (PV) článkoch pripevnených na strechách, ktoré premieňajú slnečné svetlo na elektrinu, ale prenesenie tejto technológie do interiéru by mohlo ešte viac zvýšiť energetickú účinnosť budov a podnietiť pásy bezdrôtových inteligentných technológií, ako sú hlásiče dymu, kamery a teplota. senzory, nazývané aj zariadenia internetu vecí (IoT). Štúdia z Národného inštitútu pre štandardy a technológie (NIST) teraz naznačuje, že priamy prístup na zachytávanie svetla v interiéri môže byť na dosah. Výskumníci NIST testovali schopnosť vnútorného nabíjania malých modulárnych fotovoltických zariadení vyrobených z rôznych materiálov a potom pripojili modul s najnižšou účinnosťou - zložený z kremíka - k bezdrôtovému snímaču teploty.

Výsledky tímu', publikované v časopiseEnergy Science&zosilňovač; Strojárstvo, demonštrujú, že kremíkový modul, ktorý absorbuje iba svetlo z LED, dodával viac energie ako senzor spotreboval pri prevádzke. Tento výsledok naznačuje, že zariadenie by mohlo bežať nepretržite, kým svetlá zostanú rozsvietené, čo by odstránilo potrebu, aby niekto manuálne vymieňal alebo dobíjal batériu.

& quot;Ľudia v teréne predpokladali, že' je možné napájať zariadenia IoT pomocou fotovoltických modulov z dlhodobého hľadiska, ale' predtým sme skutočne nevideli údaje, ktoré by to podporovali teraz, takže toto je akýsi prvý krok k tomu, aby sme povedali, že to môžeme vytiahnuť," povedal Andrew Shore, strojný inžinier NIST a hlavný autor štúdie.

Väčšina budov je počas dňa osvetlená kombináciou slnka a umelých zdrojov svetla. Za súmraku mohol druhý menovaný naďalej dodávať energiu zariadeniam. Svetlo z bežných vnútorných zdrojov, ako sú LED diódy, však pokrýva užšie spektrum svetla ako širšie pásma vyžarované slnkom a niektoré materiály solárnych článkov dokážu zachytiť tieto vlnové dĺžky lepšie ako iné.

Aby Shore a jeho kolegovia presne zistili, ako by sa na seba naskladalo niekoľko rôznych materiálov, testovali PV mini moduly vyrobené z fosfidu gália a india (GaInP), arzenidu gália (GaAs) – dvoch materiálov zameraných na biele LED svetlo – a kremíka. menej efektívny, ale cenovo dostupnejší a bežný materiál.

Výskumníci umiestnili centimetre široké moduly pod bielu LED diódu umiestnenú vo vnútri nepriehľadnej čiernej skrinky, aby blokovali vonkajšie zdroje svetla. LED počas trvania experimentov produkovala svetlo s pevnou intenzitou 1000 luxov, porovnateľné s úrovňami svetla v dobre osvetlenej miestnosti. V prípade kremíkových a GaAs PV modulov sa namáčanie vo vnútornom svetle ukázalo ako menej efektívne ako slnečné žiarenie, ale modul GaInP fungoval pod LED oveľa lepšie ako slnečné svetlo. Oba moduly GaInP a GaAs výrazne prekonali kremík v interiéri, pričom premieňali 23,1 % a 14,1 % LED svetla na elektrickú energiu v porovnaní s účinnosťou premeny energie kremíka' 9,3 %.

Pre vedcov nebolo prekvapením, že poradie bolo rovnaké pre test nabíjania, v ktorom merali, ako dlho trvalo modulom naplniť napoly nabitú 4,18-voltovú batériu, pričom kremík bol na konci s náskokom viac ako deň a pol.

Tím sa zaujímal o to, či kremíkový modul, napriek jeho slabému výkonu v porovnaní s jeho špičkovými konkurentmi, dokáže generovať dostatok energie na prevádzku zariadenia IoT s nízkym dopytom, povedal Shore.

Ich IoT zariadením, ktoré si vybrali pre ďalší experiment, bol teplotný senzor, ktorý pripojili ku kremíkovému PV modulu, ktorý bol opäť umiestnený pod LED. Po zapnutí senzora vedci zistili, že je schopný bezdrôtovo prenášať údaje o teplote do blízkeho počítača, ktorý je napájaný samotným kremíkovým modulom. Po dvoch hodinách zhasli svetlo v čiernej skrinke a senzor bežal ďalej, jeho batéria sa vybíjala polovičnou rýchlosťou, akou sa nabíjalo.

& quot;Dokonca aj s menej účinným mini modulom sme zistili, že stále dokážeme dodať viac energie, ako spotreboval bezdrôtový senzor," Povedal Shore.

Výskumníci' zistenia naznačujú, že už všadeprítomný materiál vo vonkajších fotovoltaických moduloch by sa mohol znovu použiť pre vnútorné zariadenia s nízkokapacitnými batériami. Výsledky sú použiteľné najmä v komerčných budovách, kde sú svetlá zapnuté 24 hodín denne. Ako dobre by však zariadenia napájané PV fungovali v priestoroch, ktoré sú počas dňa osvetlené iba prerušovane alebo sú v noci vypnuté? A ako veľmi by to ovplyvnilo okolité svetlo prúdiace zvonku? Domy a kancelárske priestory predsa nie sú čierne skrinky.

Tím plánuje vyriešiť obe otázky, najprv nastavením zariadení na meranie svetla v zariadení NIST' s Net-Zero Energy Residential Test Facility, aby pochopil, aké svetlo je dostupné počas dňa v priemernej rezidencii, Shore. povedal. Potom' zopakujú svetelné podmienky domu s nulovou sieťou v laboratóriu, aby zistili, ako fungujú zariadenia IoT napájané fotovoltikami v obytnom scenári.

Zadávanie ich údajov do počítačových modelov bude tiež dôležité pre predpovedanie toho, koľko energie by PV moduly vyprodukovali v interiéri pri určitej úrovni svetla, čo je kľúčová schopnosť pre nákladovo efektívnu implementáciu technológie.

& quot;My' neustále rozsvecujeme naše svetlá a keďže sa viac dostávame k počítačovo riadeným komerčným budovám a domom, fotovoltaika by mohla byť spôsobom, ako zozbierať časť zbytočnej svetelnej energie a zlepšiť našu energetickú účinnosť. ," Povedal Shore.

Zdroj príbehu:

MateriályposkytujeNárodný inštitút pre štandardy a technológie (NIST).Poznámka: Štýl a dĺžku obsahu možno upraviť.