Vanlig solenergiteknik kan driva smarta enheter inomhus

Varje gång du tänder en lampa hemma eller på kontoret förbrukar du energi. Men tänk om att vrida på ljusomkopplaren innebar att också producera energi?

Vi tänker vanligtvis på solceller eller solceller (PV), som är fästa på tak, omvandlar solljus till elektricitet, men att ta med den tekniken inomhus kan ytterligare öka energieffektiviteten i byggnader och aktivera delar av trådlösa smarta tekniker som brandvarnare, kameror och temperatur. sensorer, även kallade Internet of Things (IoT)-enheter. Nu tyder en studie från National Institute of Standards and Technology (NIST) på att en enkel metod för att fånga ljus inomhus kan vara inom räckhåll. NIST-forskare testade inomhusladdningsförmågan hos små modulära PV-enheter gjorda av olika material och kopplade sedan upp den lägsta effektivitetsmodulen - bestående av kisel - till en trådlös temperatursensor.

Teamets's resultat, publicerade i tidskriftenEnergivetenskap& Teknik, visa att kiselmodulen, som endast absorberar ljus från en lysdiod, levererade mer ström än sensorn som förbrukades under drift. Detta resultat tyder på att enheten kan köras kontinuerligt medan lamporna förblir tända, vilket skulle eliminera behovet för någon att manuellt byta eller ladda batteriet.

& quot;Folk på fältet har antagit att det'är möjligt att driva IoT-enheter med PV-moduler på lång sikt, men vi har'inte riktigt sett data som stöder det tidigare nu, så det här är typ ett första steg för att säga att vi kan klara det," sade Andrew Shore, en maskiningenjör från NIST och huvudförfattare till studien.

De flesta byggnader är upplysta av en blandning av både sol och konstgjorda ljuskällor under dagen. I skymningen kunde den senare fortsätta att leverera energi till enheter. Ljus från vanliga inomhuskällor, såsom lysdioder, spänner dock över ett smalare ljusspektrum än de bredare banden som sänds ut av solen, och vissa solcellsmaterial är bättre på att fånga dessa våglängder än andra.

För att ta reda på exakt hur några olika material skulle lägga sig, testade Shore och hans kollegor PV-minimoduler gjorda av galliumindiumfosfid (GaInP), galliumarsenid (GaAs) - två material inriktade mot vitt LED-ljus - och kisel, en mindre effektivt men mer prisvärt och vanligt material.

Forskarna placerade de centimeter breda modulerna under en vit LED, inrymd inuti en ogenomskinlig svart låda för att blockera externa ljuskällor. Lysdioden producerade ljus med en fast intensitet på 1000 lux, jämförbar med ljusnivåer i ett väl upplyst rum, under hela experimenten. För PV-modulerna av kisel och GaAs visade sig blötläggning i inomhusljus vara mindre effektivt än solsken, men GaInP-modulen presterade mycket bättre under LED än solljus. Både GaInP- och GaAs-modulerna överträffade betydligt kisel inomhus och omvandlade 23,1 % respektive 14,1 % av LED-ljuset till elkraft, jämfört med kisel's 9,3 % effektkonverteringseffektivitet.

Det kom inte som någon överraskning för forskarna, rankingen var densamma för ett laddningstest där de tog tid för hur lång tid det tog modulerna att fylla ett halvladdat 4,18 volts batteri, med kisel som kom sist med en marginal på mer än en och en halv dag.

Teamet var intresserade av att lära sig om kiselmodulen, trots sin dåliga prestanda i förhållande till konkurrenterna på översta hyllan, kunde generera tillräckligt med kraft för att köra en IoT-enhet med låg efterfrågan, sa Shore.

Deras IoT-enhet som valdes för nästa experiment var en temperatursensor som de kopplade till PV-modulen av kisel, placerad en gång till under en lysdiod. När sensorn slogs på fann forskarna att den kunde mata temperaturavläsningar trådlöst till en dator i närheten, driven av enbart kiselmodulen. Efter två timmar släckte de ljuset i den svarta lådan och sensorn fortsatte att fungera, dess batteri urladdades med hälften så snabbt som det tog att ladda.

& quot;Även med en mindre effektiv minimodul fann vi att vi fortfarande kunde leverera mer ström än den trådlösa sensorn förbrukade," sa Shore.

Forskarna' resultat tyder på att ett redan allmänt förekommande material i utomhus PV-moduler skulle kunna användas för inomhusenheter med lågkapacitetsbatterier. Resultaten är särskilt applicerbara på kommersiella byggnader där lamporna lyser dygnet runt. Men hur bra skulle PV-drivna enheter fungera i utrymmen som bara lyser intermittent under dagen eller stängs av på natten? Och hur mycket av en faktor skulle omgivande ljus som strömmar in utifrån vara? Hem och kontorsutrymmen är trots allt inte svarta lådor.

Teamet planerar att ta itu med båda frågorna, först genom att sätta upp ljusmätningsenheter i NIST's Net-Zero Energy Residential Test Facility för att få en förståelse för vilket ljus som är tillgängligt under dagen i en genomsnittlig bostad, Shore sa. Sedan'kommer de att replikera ljusförhållandena i huset med nätnoll i labbet för att ta reda på hur PV-drivna IoT-enheter fungerar i ett bostadsscenario.

Att mata in sina data i datormodeller kommer också att vara viktigt för att förutsäga hur mycket effekt PV-moduler skulle producera inomhus givet en viss nivå av ljus, en nyckelförmåga för kostnadseffektiv implementering av tekniken.

& quot;Vi'tänder våra lampor hela tiden och när vi går mer mot datoriserade kommersiella byggnader och hem kan PV vara ett sätt att skörda en del av den bortkastade ljusenergin och förbättra vår energieffektivitet ," sa Shore.

Berättelsekälla:

Materialtillhandahålls avNational Institute of Standards and Technology (NIST).Obs! Innehållet kan redigeras för stil och längd.