Η Common Solar Tech μπορεί να τροφοδοτήσει έξυπνες συσκευές σε εσωτερικούς χώρους

Κάθε φορά που ανάβετε ένα φως στο σπίτι ή στο γραφείο, ξοδεύετε ενέργεια. Τι θα γινόταν όμως αν το χτύπημα του διακόπτη φώτων σήμαινε και την παραγωγή ενέργειας;

Συνήθως σκεφτόμαστε ηλιακά, ή φωτοβολταϊκά (PV), κύτταρα στερεωμένα σε στέγες, μετατρέποντας το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια, αλλά η μεταφορά αυτής της τεχνολογίας σε εσωτερικούς χώρους θα μπορούσε να ενισχύσει περαιτέρω την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων και να ενεργοποιήσει τμήματα ασύρματων έξυπνων τεχνολογιών όπως συναγερμούς καπνού, κάμερες και θερμοκρασία αισθητήρες, που ονομάζονται επίσης συσκευές Internet of Things (IoT). Τώρα, μια μελέτη από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) προτείνει ότι μια απλή προσέγγιση για τη λήψη φωτός σε εσωτερικούς χώρους μπορεί να είναι εφικτή. Οι ερευνητές του NIST δοκίμασαν την ικανότητα φόρτισης σε εσωτερικούς χώρους μικρών αρθρωτών φωτοβολταϊκών συσκευών κατασκευασμένων από διαφορετικά υλικά και στη συνέχεια συνέδεσαν τη μονάδα χαμηλότερης απόδοσης -- που αποτελείται από πυρίτιο -- σε έναν ασύρματο αισθητήρα θερμοκρασίας.

Τα αποτελέσματα της ομάδας', δημοσιεύτηκαν στο περιοδικόΕνεργειακή Επιστήμη&ενισχυτής; Μηχανική, αποδεικνύουν ότι η μονάδα πυριτίου, που απορροφά μόνο φως από ένα LED, παρείχε περισσότερη ισχύ από ό,τι ο αισθητήρας που καταναλώθηκε κατά τη λειτουργία. Αυτό το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι η συσκευή θα μπορούσε να λειτουργεί συνεχώς ενώ τα φώτα παραμένουν αναμμένα, κάτι που θα εξαλείφει την ανάγκη να ανταλλάσσει ή να επαναφορτίζει την μπαταρία με το χέρι.

& quot;Οι άνθρωποι στο πεδίο έχουν υποθέσει ότι' είναι δυνατό να τροφοδοτήσουν συσκευές IoT με φωτοβολταϊκές μονάδες μακροπρόθεσμα, αλλά'δεν έχουμε δει πραγματικά τα δεδομένα που να το υποστηρίζουν πριν τώρα, άρα αυτό είναι κάπως ένα πρώτο βήμα για να πούμε ότι μπορούμε να το κάνουμε," είπε ο Andrew Shore, μηχανολόγος μηχανικός του NIST και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Τα περισσότερα κτίρια φωτίζονται από ένα μείγμα τόσο από τον ήλιο όσο και από τεχνητές πηγές φωτός κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το σούρουπο, το τελευταίο θα μπορούσε να συνεχίσει να παρέχει ενέργεια στις συσκευές. Ωστόσο, το φως από κοινές εσωτερικές πηγές, όπως τα LED, εκτείνεται σε ένα στενότερο φάσμα φωτός από τις ευρύτερες ζώνες που εκπέμπονται από τον ήλιο και ορισμένα υλικά ηλιακών κυψελών είναι καλύτερα στο να συλλαμβάνουν αυτά τα μήκη κύματος από άλλα.

Για να μάθουν πώς ακριβώς θα στοιβάζονταν μερικά διαφορετικά υλικά, ο Shore και οι συνάδελφοί του δοκίμασαν φωτοβολταϊκά μίνι δομοστοιχεία κατασκευασμένα από φωσφίδιο γάλλιο ινδίου (GaInP), αρσενίδιο γαλλίου (GaAs) -- δύο υλικά προσανατολισμένα προς το λευκό φως LED -- και πυρίτιο, λιγότερο αποδοτικό αλλά πιο προσιτό και κοινόχρηστο υλικό.

Οι ερευνητές τοποθέτησαν τις μονάδες πλάτους εκατοστών κάτω από ένα λευκό LED, που στεγάζονται μέσα σε ένα αδιαφανές μαύρο κουτί για να εμποδίζουν τις εξωτερικές πηγές φωτός. Το LED παρήγαγε φως σε σταθερή ένταση 1000 lux, συγκρίσιμη με τα επίπεδα φωτός σε ένα καλά φωτισμένο δωμάτιο, κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Για τις φωτοβολταϊκές μονάδες πυριτίου και GaAs, η εμβάπτιση στο φως εσωτερικού χώρου αποδείχθηκε λιγότερο αποτελεσματική από την ηλιοφάνεια, αλλά η μονάδα GaInP είχε πολύ καλύτερη απόδοση κάτω από το LED από το φως του ήλιου. Και οι δύο μονάδες GaInP και GaAs ξεπέρασαν σημαντικά το πυρίτιο σε εσωτερικούς χώρους, μετατρέποντας το 23,1% και το 14,1% του φωτός LED σε ηλεκτρική ενέργεια, αντίστοιχα, σε σύγκριση με την απόδοση μετατροπής ισχύος 9,3% του πυριτίου'.

Δεν αποτελεί έκπληξη για τους ερευνητές, η κατάταξη ήταν η ίδια για μια δοκιμή φόρτισης στην οποία μέτρησαν πόσο χρόνο χρειάστηκαν οι μονάδες για να γεμίσουν μια μισοφορτισμένη μπαταρία 4,18 volt, με το πυρίτιο να έρχεται τελευταίο με διαφορά μεγαλύτερη από ένα μιάμιση μέρα.

Η ομάδα ενδιαφέρθηκε να μάθει εάν η μονάδα πυριτίου, παρά την κακή της απόδοση σε σχέση με τους ανταγωνιστές της στο επάνω ράφι, θα μπορούσε να παράγει αρκετή ισχύ για να λειτουργήσει μια συσκευή IoT χαμηλής ζήτησης, είπε η Shore.

Η συσκευή IoT της επιλογής τους για το επόμενο πείραμα ήταν ένας αισθητήρας θερμοκρασίας τον οποίο συνέδεσαν στη φωτοβολταϊκή μονάδα πυριτίου, τοποθετημένη για άλλη μια φορά κάτω από ένα LED. Με την ενεργοποίηση του αισθητήρα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ήταν σε θέση να τροφοδοτήσει ασύρματα τις μετρήσεις θερμοκρασίας σε έναν υπολογιστή που ήταν κοντά, που τροφοδοτείται μόνο από τη μονάδα πυριτίου. Μετά από δύο ώρες, έσβησαν το φως στο μαύρο κουτί και ο αισθητήρας συνέχισε να λειτουργεί, με την μπαταρία του να εξαντλείται στο ήμισυ του ρυθμού που χρειαζόταν για να φορτιστεί.

& quot;Ακόμη και με μια λιγότερο αποδοτική μίνι μονάδα, διαπιστώσαμε ότι μπορούσαμε να παρέχουμε περισσότερη ισχύ από αυτή που καταναλώνει ο ασύρματος αισθητήρας," είπε ο Shore.

Οι ερευνητές' Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι ένα ήδη πανταχού παρόν υλικό σε εξωτερικές φωτοβολταϊκές μονάδες θα μπορούσε να επαναχρησιμοποιηθεί για συσκευές εσωτερικού χώρου με μπαταρίες χαμηλής χωρητικότητας. Τα αποτελέσματα ισχύουν ιδιαίτερα για εμπορικά κτίρια όπου τα φώτα είναι αναμμένα όλο το εικοσιτετράωρο. Αλλά πόσο καλά θα λειτουργούσαν οι φωτοβολταϊκές συσκευές σε χώρους που φωτίζονται μόνο κατά διαστήματα κατά τη διάρκεια της ημέρας ή σβήνουν τη νύχτα; Και πόσο σημαντικός παράγοντας θα ήταν το φως του περιβάλλοντος που εισρέει από έξω; Τα σπίτια και οι χώροι γραφείων δεν είναι τελικά μαύρα κουτιά.

Η ομάδα σχεδιάζει να αντιμετωπίσει και τα δύο ερωτήματα, πρώτα με την εγκατάσταση συσκευών μέτρησης φωτός στο NIST's Net-Zero Energy Residential Test Facility για να κατανοήσει ποιο φως είναι διαθέσιμο όλη την ημέρα σε μια μέση κατοικία, Shore είπε. Στη συνέχεια,'θα αναπαράγουν τις συνθήκες φωτισμού του καθαρού μηδενικού σπιτιού στο εργαστήριο για να μάθουν πώς λειτουργούν οι συσκευές IoT που τροφοδοτούνται από φωτοβολταϊκά σε ένα οικιακό σενάριο.

Η τροφοδοσία των δεδομένων τους σε μοντέλα υπολογιστών θα είναι επίσης σημαντική για την πρόβλεψη της ποσότητας ισχύος που θα παράγουν οι φωτοβολταϊκές μονάδες σε εσωτερικούς χώρους, δεδομένου ενός συγκεκριμένου επιπέδου φωτός, μια βασική δυνατότητα για την οικονομική εφαρμογή της τεχνολογίας.

& quot;Εμείς' Ανάβουμε συνεχώς τα φώτα μας και καθώς προχωράμε περισσότερο προς τα ηλεκτρονικά εμπορικά κτίρια και κατοικίες, τα φωτοβολταϊκά θα μπορούσαν να είναι ένας τρόπος να συλλέξουμε μέρος της σπατάλης φωτεινής ενέργειας και να βελτιώσουμε την ενεργειακή μας απόδοση ," είπε ο Shore.

Πηγή ιστορίας:

Υλικάπαρέχεται απόΕθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST).Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.