Vanlig solenergiteknologi kan drive smarte enheter innendørs

Hver gang du slår på et lys hjemme eller på kontoret, bruker du energi. Men hva om å snu lysbryteren betydde også å produsere energi?

Vi tenker vanligvis på solceller eller solcelleceller (PV), festet til tak, som konverterer sollys til elektrisitet, men å bringe denne teknologien innendørs kan øke energieffektiviteten til bygninger ytterligere og gi energi til deler av trådløse smarte teknologier som røykvarslere, kameraer og temperatur. sensorer, også kalt Internet of Things (IoT) enheter. Nå antyder en studie fra National Institute of Standards and Technology (NIST) at en enkel tilnærming for å fange lys innendørs kan være innen rekkevidde. NIST-forskere testet innendørs ladeevne til små modulære PV-enheter laget av forskjellige materialer og koblet deretter den laveste effektivitetsmodulen - sammensatt av silisium - til en trådløs temperatursensor.

Teamets's resultater, publisert i tidsskriftetEnergivitenskap& Engineering, demonstrere at silisiummodulen, som bare absorberer lys fra en LED, ga mer strøm enn sensoren forbrukte under drift. Dette resultatet antyder at enheten kan kjøre kontinuerlig mens lysene forblir på, noe som ville eliminere behovet for at noen manuelt bytte eller lade batteriet.

& quot;Folk i feltet har antatt at det'er mulig å drive IoT-enheter med PV-moduler på lang sikt, men vi har'ikke sett dataene som støtter det før nå, så dette er et slags første skritt for å si at vi kan klare det," sa Andrew Shore, en NIST mekanisk ingeniør og hovedforfatter av studien.

De fleste bygninger er opplyst av en blanding av både sol og kunstige lyskilder på dagtid. I skumringen kunne sistnevnte fortsette å levere energi til enheter. Imidlertid spenner lys fra vanlige innendørskilder, som LED-er, over et smalere lysspekter enn de bredere båndene som sendes ut av solen, og noen solcellematerialer er bedre til å fange disse bølgelengdene enn andre.

For å finne ut nøyaktig hvordan noen forskjellige materialer ville stable seg opp, testet Shore og kollegene PV-minimoduler laget av galliumindiumfosfid (GaInP), galliumarsenid (GaAs) – to materialer rettet mot hvitt LED-lys – og silisium, en mindre effektivt, men rimeligere og vanlig materiale.

Forskerne plasserte de centimeter brede modulene under en hvit LED, plassert inne i en ugjennomsiktig svart boks for å blokkere eksterne lyskilder. LED-en produserte lys med en fast intensitet på 1000 lux, sammenlignbar med lysnivåer i et godt opplyst rom, i løpet av eksperimentene. For silisium- og GaAs PV-moduler viste det seg å bløtlegge i innendørs lys mindre effektivt enn solskinn, men GaInP-modulen presterte langt bedre under LED enn sollys. Både GaInP- og GaAs-modulene overgikk silisium innendørs betydelig, og konverterte henholdsvis 23,1 % og 14,1 % av LED-lyset til elektrisk kraft, sammenlignet med silisium's 9,3 % strømkonverteringseffektivitet.

Det kom ikke som noen overraskelse for forskerne, rangeringen var den samme for en ladetest der de tidsbestemte hvor lang tid det tok modulene å fylle et halvladet 4,18 volt batteri, med silisium som kom sist med en margin på mer enn en og en halv dag.

Teamet var interessert i å lære om silisiummodulen, til tross for dens dårlige ytelse i forhold til konkurrentene på øverste hylle, kunne generere nok strøm til å kjøre en IoT-enhet med lav etterspørsel, sa Shore.

IoT-enheten deres som ble valgt for neste eksperiment var en temperatursensor som de koblet til silisium PV-modulen, plassert igjen under en LED. Ved å slå på sensoren fant forskerne at den var i stand til å mate temperaturavlesninger trådløst til en datamaskin i nærheten, drevet av silisiummodulen alene. Etter to timer slo de av lyset i den svarte boksen og sensoren fortsatte å kjøre, og batteriet tømmes halvparten av den hastigheten det tok å lade.

& quot;Selv med en mindre effektiv minimodul fant vi ut at vi fortsatt kunne levere mer strøm enn den trådløse sensoren forbrukte," sa Shore.

Forskerne' funn tyder på at et allerede allestedsnærværende materiale i utendørs PV-moduler kan brukes på nytt for innendørs enheter med batterier med lav kapasitet. Resultatene er spesielt anvendelige for næringsbygg der lyset er på hele døgnet. Men hvor godt vil PV-drevne enheter fungere i rom som bare lyser periodisk i løpet av dagen eller slås av om natten? Og hvor mye av en faktor ville omgivelseslyset som strømmer inn utenfra være? Hjem og kontorlokaler er tross alt ikke svarte bokser.

Teamet planlegger å takle begge spørsmålene, først ved å sette opp lysmåleenheter i NIST's Net-Zero Energy Residential Test Facility for å få en forståelse av hvilket lys som er tilgjengelig hele dagen i en gjennomsnittlig bolig, Shore sa. Deretter' vil de gjenskape lysforholdene til huset med netto null i laboratoriet for å finne ut hvordan PV-drevne IoT-enheter yter i et boligscenario.

Å mate dataene deres inn i datamodeller vil også være viktig for å forutsi hvor mye strøm PV-moduler vil produsere innendørs gitt et visst nivå av lys, en nøkkelfunksjon for kostnadseffektiv implementering av teknologien.

& quot;Vi'tenner lysene våre hele tiden, og ettersom vi beveger oss mer mot datastyrte kommersielle bygninger og hjem, kan PV være en måte å høste noe av den bortkastede lysenergien på og forbedre energieffektiviteten vår ," sa Shore.

Historiekilde:

Materialerlevert avNational Institute of Standards and Technology (NIST).Merk: Innhold kan redigeres for stil og lengde.