Almindelig solenergiteknologi kan drive smarte enheder indendørs

Hver gang du tænder et lys derhjemme eller på kontoret, bruger du energi. Men hvad nu hvis det at dreje lyskontakten også betød at producere energi?

Vi tænker normalt på solceller eller solceller (PV), der er fastgjort til tagene, der omdanner sollys til elektricitet, men at bringe denne teknologi indendørs kan yderligere booste bygningers energieffektivitet og sætte energi i rækker af trådløse smarte teknologier såsom røgalarmer, kameraer og temperatur. sensorer, også kaldet Internet of Things (IoT) enheder. Nu tyder en undersøgelse fra National Institute of Standards and Technology (NIST) på, at en ligetil tilgang til at fange lys indendørs kan være inden for rækkevidde. NIST-forskere testede indendørs opladningsevnen af ​​små modulære PV-enheder lavet af forskellige materialer og tilsluttede derefter det laveste effektivitetsmodul - sammensat af silicium - til en trådløs temperatursensor.

Holdets's resultater, offentliggjort i tidsskriftetEnergividenskab& ingeniørarbejde, demonstrere, at siliciummodulet, der kun absorberer lys fra en LED, leverede mere strøm end sensoren forbrugte under drift. Dette resultat tyder på, at enheden kunne køre kontinuerligt, mens lysene forbliver tændt, hvilket ville fjerne behovet for, at nogen manuelt udskifter eller genoplader batteriet.

& quot;Folk i marken har antaget, at det'er muligt at forsyne IoT-enheder med PV-moduler på lang sigt, men vi har'ikke rigtig set dataene, der understøtter det før nu, så dette er lidt af et første skridt til at sige, at vi kan klare det," sagde Andrew Shore, en NIST mekanisk ingeniør og hovedforfatter af undersøgelsen.

De fleste bygninger er oplyst af en blanding af både sol og kunstige lyskilder i løbet af dagen. I skumringen kunne sidstnævnte fortsætte med at levere energi til enheder. Men lys fra almindelige indendørs kilder, såsom LED'er, spænder over et smallere lysspektrum end de bredere bånd, der udsendes af solen, og nogle solcellematerialer er bedre til at fange disse bølgelængder end andre.

For at finde ud af præcis, hvordan et par forskellige materialer ville stable sig op, testede Shore og hans kolleger PV-minimoduler lavet af galliumindiumphosphid (GaInP), galliumarsenid (GaAs) - to materialer rettet mod hvidt LED-lys - og silicium, en mindre effektivt, men mere overkommeligt og almindeligt materiale.

Forskerne placerede de centimeter brede moduler under en hvid LED, anbragt inde i en uigennemsigtig sort boks for at blokere eksterne lyskilder. LED'en producerede lys med en fast intensitet på 1000 lux, sammenlignelig med lysniveauer i et veloplyst rum, under eksperimenternes varighed. For silicium- og GaAs PV-modulerne viste opblødning i indendørs lys sig mindre effektivt end solskin, men GaInP-modulet klarede sig langt bedre under LED end sollys. Både GaInP- og GaAs-modulerne overgik markant silicium indendørs og konverterede henholdsvis 23,1 % og 14,1 % af LED-lyset til elektrisk strøm sammenlignet med silicium's 9,3 % strømkonverteringseffektivitet.

Det kom ikke som nogen overraskelse for forskerne, at placeringerne var de samme for en opladningstest, hvor de timede, hvor lang tid det tog modulerne at fylde et halvt opladet 4,18 volt batteri, hvor silicium kom sidst med en margin på mere end en halvanden dag.

Holdet var interesseret i at lære, om siliciummodulet, på trods af dets dårlige ydeevne i forhold til dets konkurrenter på øverste hylde, kunne generere nok strøm til at køre en IoT-enhed med lav efterspørgsel, sagde Shore.

Deres valgte IoT-enhed til det næste eksperiment var en temperatursensor, som de koblede til silicium PV-modulet, placeret endnu en gang under en LED. Efter at have tændt sensoren fandt forskerne ud af, at den var i stand til at sende temperaturaflæsninger trådløst til en computer i nærheden, drevet af siliciummodulet alene. Efter to timer slukkede de lyset i den sorte boks, og sensoren fortsatte med at køre, dens batteri afladet med halvdelen af ​​den hastighed, det tog at oplade.

& quot;Selv med et mindre effektivt minimodul fandt vi ud af, at vi stadig kunne levere mere strøm end den trådløse sensor forbrugte," sagde Shore.

Forskerne' resultater tyder på, at et allerede allestedsnærværende materiale i udendørs PV-moduler kunne genanvendes til indendørs enheder med batterier med lav kapacitet. Resultaterne er især anvendelige til erhvervsbygninger, hvor lyset er tændt døgnet rundt. Men hvor godt ville PV-drevne enheder køre i rum, der kun lyser periodisk i løbet af dagen eller er slukket om natten? Og hvor stor en faktor ville det omgivende lys, der strømmer ind udefra, være? Boliger og kontorlokaler er trods alt't sorte bokse.

Holdet planlægger at tackle begge spørgsmål, først ved at opsætte lysmåleenheder i NIST's Net-Zero Energy Residential Test Facility for at få en forståelse af, hvilket lys der er tilgængeligt i løbet af dagen i en gennemsnitlig bolig, Shore sagde. Derefter' vil de replikere lysforholdene i et nul-hus i laboratoriet for at finde ud af, hvordan PV-drevne IoT-enheder klarer sig i et boligscenarie.

At føre deres data ind i computermodeller vil også være vigtigt for at forudsige, hvor meget strøm PV-moduler ville producere indendørs givet et vist niveau af lys, en nøglefunktion for omkostningseffektiv implementering af teknologien.

& quot;Vi'tænder vores lys hele tiden, og efterhånden som vi bevæger os mere mod computeriserede kommercielle bygninger og hjem, kunne PV være en måde at høste noget af den spildte lysenergi og forbedre vores energieffektivitet ," sagde Shore.

Historiens kilde:

Materialerleveret afNational Institute of Standards and Technology (NIST).Bemærk: Indholdet kan redigeres for stil og længde.