Использование солнечной технологии для питания интеллектуальных устройств в помещении

Солнечные или фотоэлектрические (PV) элементы, прикрепленные к крышам, преобразуют солнечный свет в электричество. Использование этой технологии внутри помещений может еще больше повысить энергоэффективность зданий и активизировать ряд беспроводных интеллектуальных технологий, таких как датчики дыма, камеры и датчики температуры.

Был разработан простой подход к захвату света в помещении. Исследователи проверили возможность зарядки в помещении небольших модульных фотоэлектрических устройств, изготовленных из различных материалов, а затем подключили модуль с наименьшей эффективностью, состоящий из кремния, к беспроводному датчику температуры. Результаты показывают, что кремниевый модуль, поглощая только свет от светодиода, отдает больше энергии, чем датчик потребляет при работе. Это говорит о том, что устройство может работать непрерывно, пока горит свет, что избавит от необходимости вручную заменять или перезаряжать батарею.

Большинство зданий днем ​​освещаются как солнечным, так и искусственным светом. В сумерках последний мог продолжать подавать энергию на устройства. Однако свет от обычных внутренних источников, таких как светодиоды, охватывает более узкий спектр света, чем более широкие полосы, излучаемые Солнцем, и некоторые материалы для солнечных элементов лучше улавливают эти длины волн, чем другие.

Чтобы выяснить, как именно будут складываться несколько различных материалов, команда протестировала фотоэлектрические мини-модули, сделанные из фосфида галлия-индия (GaInP), арсенида галлия (GaAs) — двух материалов, ориентированных на белый светодиодный свет — и кремния, менее эффективного, но более доступный и распространенный материал. Исследователи разместили модули сантиметровой ширины под белым светодиодом, размещенным внутри непрозрачного черного ящика, чтобы блокировать внешние источники света. Светодиод излучал свет с фиксированной интенсивностью 1000 люкс, что сравнимо с уровнем освещенности в хорошо освещенной комнате, на протяжении всего эксперимента. Для кремниевых и GaAs фотомодулей замачивание при комнатном свете оказалось менее эффективным, чем при солнечном свете, но модуль GaInP показал себя гораздо лучше под светодиодом, чем под солнечным светом. Модули GaInP и GaAs значительно превзошли кремниевые в помещении, преобразуя 23,1 % и 14,1 % светодиодного света в электроэнергию соответственно по сравнению с эффективностью преобразования энергии кремния 9,3 %.

Рейтинги были такими же для теста зарядки, в котором они рассчитали, сколько времени потребовалось модулям для заполнения наполовину заряженной 4,18-вольтовой батареи, при этом кремний занял последнее место с отрывом более чем на полтора дня. Команде было интересно узнать, сможет ли кремниевый модуль, несмотря на его низкую производительность по сравнению с его конкурентами высшего уровня, генерировать достаточную мощность для работы устройства Интернета вещей (IoT) с низким спросом.

Устройство IoT, выбранное для эксперимента, представляло собой датчик температуры, который был подключен к кремниевому фотоэлектрическому модулю, снова помещенному под светодиод. Включив датчик, исследователи обнаружили, что он может передавать показания температуры по беспроводной сети на соседний компьютер, который питается только от кремниевого модуля. Через два часа они выключили свет в черном ящике, и датчик продолжал работать, его батарея разряжалась вдвое быстрее, чем требуется для зарядки.

Выводы исследователей показывают, что уже вездесущий материал в наружных фотоэлектрических модулях может быть перепрофилирован для внутренних устройств с батареями малой емкости. Результаты особенно применимы к коммерческим зданиям, где свет горит круглосуточно.