Общите слънчеви технологии могат да захранват интелигентни устройства на закрито

Всеки път, когато запалите светлина у дома или в офиса, вие изразходвате енергия. Но какво ще стане, ако завъртането на превключвателя на светлината означава и производство на енергия?

Обикновено мислим за слънчеви или фотоволтаични (PV) клетки, фиксирани към покриви, преобразуващи слънчевата светлина в електричество, но внасянето на тази технология на закрито би могло допълнително да повиши енергийната ефективност на сградите и да захранва участъци от безжични интелигентни технологии като аларми за дим, камери и температура сензори, наричани още устройства за Интернет на нещата (IoT). Сега проучване от Националния институт по стандарти и технологии (NIST) предполага, че прост подход за улавяне на светлината на закрито може да бъде на разположение. Изследователите от NIST тестваха способността за зареждане на закрито на малки модулни фотоволтаични устройства, изработени от различни материали, и след това свързаха модула с най-ниска ефективност - съставен от силиций - към безжичен температурен сензор.

Резултатите от екипа', публикувани в списаниетоEnergy Science&усилвател; Инженерство, демонстрират, че силиконовият модул, поглъщайки само светлина от светодиод, доставя повече мощност, отколкото сензорът консумира при работа. Този резултат предполага, че устройството може да работи непрекъснато, докато светлините остават включени, което ще премахне необходимостта някой ръчно да сменя или презарежда батерията.

& quot;Хората в областта са предположили, че' е възможно да се захранват IoT устройства с фотоволтаични модули в дългосрочен план, но ние' наистина не сме виждали данните в подкрепа на това преди сега, така че това е нещо като първа стъпка, за да кажем, че можем да се справим," каза Андрю Шор, машинен инженер от NIST и водещ автор на изследването.

Повечето сгради са осветени от смесица както от слънце, така и от изкуствени източници на светлина през деня. На здрач последният може да продължи да доставя енергия на устройствата. Въпреки това, светлината от обикновени вътрешни източници, като светодиоди, обхваща по-тесен спектър на светлината от по-широките ленти, излъчвани от слънцето, а някои материали за слънчеви клетки са по-добри при улавяне на тези дължини на вълната от други.

За да разберат как точно ще се подредят няколко различни материала, Шор и колегите му тестваха PV мини модули, изработени от галиев индиев фосфид (GaInP), галиев арсенид (GaAs) - два материала, насочени към бяла LED светлина - и силиций, а по-малко ефективен, но по-достъпен и обичаен материал.

Изследователите поставиха модулите с ширина в сантиметри под бял светодиод, поместен в непрозрачна черна кутия, за да блокират външни източници на светлина. Светодиодът произвежда светлина с фиксиран интензитет от 1000 лукса, сравним с нивата на светлина в добре осветена стая, за времето на експериментите. За силициевите и GaAs фотоволтаични модули, накисването във вътрешна светлина се оказа по-малко ефективно от слънчевата светлина, но GaInP модулът се представи много по-добре под LED, отколкото слънчевата светлина. И двата модула GaInP и GaAs значително изпреварват силиция на закрито, преобразувайки съответно 23,1% и 14,1% от LED светлината в електрическа енергия, в сравнение с ефективността на преобразуване на мощност от 9,3% на силиций'.

Не е изненада за изследователите, класирането беше същото за тест за зареждане, в който те определяха времето, необходимо на модулите, за да заредят наполовина заредена 4,18-волтова батерия, като силиций идва на последно място с разлика от повече от ден и половина.

Екипът се интересуваше да научи дали силиконовият модул, въпреки лошата си производителност в сравнение с конкурентите си от най-висок клас, може да генерира достатъчно енергия, за да работи с IoT устройство с ниско търсене, каза Шор.

Избраното от тях IoT устройство за следващия експеримент беше температурен сензор, който те свързаха към силиконовия PV модул, поставен още веднъж под LED. След като включиха сензора, изследователите откриха, че той е в състояние да предава показанията на температурата безжично към компютър наблизо, захранван само от силициевия модул. След два часа те изключиха светлината в черната кутия и сензорът продължи да работи, като батерията му се изтощи наполовина от скоростта, необходима за зареждане.

& quot;Дори и с по-малко ефективен мини модул открихме, че все още можем да доставяме повече енергия, отколкото консумира безжичният сензор," - каза Шор.

Изследователите' констатациите предполагат, че вече повсеместният материал във външните фотоволтаични модули може да бъде преназначен за вътрешни устройства с батерии с нисък капацитет. Резултатите са особено приложими за търговски сгради, където осветлението е включено денонощно. Но колко добре биха работили PV захранваните устройства в пространства, които са осветени само с прекъсвания през деня или се изключват през нощта? И колко важен фактор би била околната светлина, която се излива отвън? В крайна сметка домовете и офисите не са'т черни кутии.

Екипът планира да се справи и с двата въпроса, първо чрез настройване на устройства за измерване на светлина в NIST's Net-Zero Energy Residential Test Facility, за да разбере каква светлина е налична през деня в средностатистическо жилище, Shore казах. След това те' ще репликират условията на осветление на къщата с нулева мрежа в лабораторията, за да разберат как PV захранваните IoT устройства се представят в жилищен сценарий.

Подаването на техните данни в компютърни модели също ще бъде важно за прогнозиране на това колко мощност PV модулите ще произвеждат на закрито при определено ниво на светлина, ключова възможност за рентабилно прилагане на технологията.

& quot;Ние'включваме светлините си през цялото време и тъй като се движим повече към компютъризирани търговски сгради и домове, PV може да бъде начин за събиране на част от изразходваната светлинна енергия и подобряване на нашата енергийна ефективност ," - каза Шор.

Източник на историята:

Материалипредоставена отНационален институт по стандарти и технологии (NIST).Забележка: Съдържанието може да бъде редактирано за стил и дължина.