Az általános napelemes technológia képes intelligens eszközöket táplálni beltérben

Valahányszor felkapcsol egy villanyt otthon vagy az irodában, energiát pazarol. De mi van akkor, ha a villanykapcsoló átfordítása energiatermelést is jelent?

Általában a tetőre rögzített napelemekre vagy fotovoltaikus (PV) cellákra gondolunk, amelyek a napfényt elektromos árammá alakítják át, de ennek a technológiának a beltéri elhelyezése tovább növelheti az épületek energiahatékonyságát, és energiával tölthet fel vezeték nélküli intelligens technológiákat, például füstjelzőket, kamerákat és hőmérsékletet. szenzorok, más néven Internet of Things (IoT) eszközök. Az Országos Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) tanulmánya azt sugallja, hogy a beltéri fényrögzítés egyszerű megközelítése elérhető lehet. A NIST kutatói tesztelték a különböző anyagokból készült kis moduláris PV-eszközök beltéri töltési képességét, majd a legalacsonyabb hatásfokú, szilíciumból álló modult egy vezeték nélküli hőmérséklet-érzékelőhöz csatlakoztatták.

A csapat' eredményei, megjelentek a folyóiratbanEnergy Science&erősítő; Mérnökibizonyítja, hogy a szilícium modul, amely csak egy LED fényét nyeli el, több energiát adott, mint amennyit az érzékelő működés közben fogyasztott. Ez az eredmény azt sugallja, hogy az eszköz folyamatosan működhet, miközben a lámpák égve maradnak, ami megszüntetné annak szükségességét, hogy valaki kézzel cserélje vagy töltse fel az akkumulátort.

& quot;A területen dolgozók azt feltételezték, hogy' lehetséges az IoT-eszközök PV-modulokkal való ellátása hosszú távon, de'korábban nem igazán láttuk az ezt alátámasztó adatokat. Nos, ez egyfajta első lépés ahhoz, hogy elmondhassuk, meg tudjuk oldani," mondta Andrew Shore, a NIST gépészmérnöke és a tanulmány vezető szerzője.

A legtöbb épületet a nap és a mesterséges fényforrások keveréke világítja meg napközben. Alkonyatkor ez utóbbi folytathatta az eszközök energiaellátását. Az általános beltéri forrásokból, például LED-ekből származó fény azonban szűkebb fényspektrumot ölel át, mint a nap által kibocsátott szélesebb sávok, és egyes napelem-anyagok jobban képesek rögzíteni ezeket a hullámhosszokat, mint mások.

Annak érdekében, hogy megtudja, pontosan hogyan rakódik egymásra néhány különböző anyag, Shore és kollégái gallium-indium-foszfidból (GaInP), gallium-arzenidből (GaAs) – két fehér LED-fény felé irányított anyagból – és szilíciumból készült PV mini modulokat teszteltek. kevésbé hatékony, de megfizethetőbb és közönséges anyag.

A kutatók a centiméter széles modulokat egy fehér LED alá helyezték, egy átlátszatlan fekete dobozban, hogy elzárják a külső fényforrásokat. A LED fix 1000 lux intenzitású fényt produkált, ami egy jól megvilágított helyiség fényszintjéhez hasonlítható a kísérletek idejére. A szilícium és a GaAs PV modulok esetében a beltéri fényben való áztatás kevésbé bizonyult hatékonynak, mint a napfény, de a GaInP modul sokkal jobban teljesített LED alatt, mint a napfény. Mind a GaInP, mind a GaAs modulok jelentősen meghaladták a szilíciumot beltérben, a LED-fény 23,1%-át, illetve 14,1%-át alakították át elektromos energiává, míg a szilícium' 9,3%-os teljesítményátalakítási hatékonysága.

A kutatók számára nem meglepő, hogy a rangsor megegyezett egy töltési tesztnél, amelyben azt időzítették, hogy mennyi időbe telt a moduloknak egy félig feltöltött 4,18 voltos akkumulátor feltöltése, ahol a szilícium több mint egy órával az utolsó helyen volt. másfél nap.

A csapatot az érdekelte, hogy megtudják, vajon a szilícium modul a legjobb versenytársakhoz képest gyenge teljesítménye ellenére képes-e elegendő energiát termelni egy alacsony igényű IoT-eszköz futtatásához, mondta Shore.

A következő kísérlethez választott IoT-eszközük egy hőmérséklet-érzékelő volt, amelyet a szilícium PV-modulhoz csatlakoztattak, és ismét egy LED alá helyezték. Az érzékelő bekapcsolásakor a kutatók azt találták, hogy képes vezeték nélkül továbbítani a hőmérsékleti értékeket egy közeli számítógépre, amelyet egyedül a szilíciummodul táplál. Két óra elteltével lekapcsolták a lámpát a fekete dobozban, és az érzékelő tovább működött, akkumulátora a töltési sebesség felére lemerült.

& quot;Még egy kevésbé hatékony mini modullal is azt találtuk, hogy több energiát tudunk szolgáltatni, mint amennyit a vezeték nélküli érzékelő fogyaszt," Shore mondta.

A kutatók' Az eredmények azt sugallják, hogy a kültéri PV-modulokban már mindenütt megtalálható anyag újra felhasználható kis kapacitású akkumulátorokkal rendelkező beltéri eszközökhöz. Az eredmények különösen érvényesek olyan kereskedelmi épületekre, ahol éjjel-nappal égnek a lámpák. De vajon mennyire működnének jól a napelemes eszközök olyan helyeken, amelyek napközben csak szakaszosan vannak megvilágítva, vagy éjszaka kikapcsolnak? És mekkora tényező lenne a kívülről beáramló környezeti fény? Az otthonok és az irodák' végül is nem fekete dobozok.

A csapat azt tervezi, hogy mindkét kérdést megválaszolja, először fénymérő eszközöket állít fel a NIST' Net-Zero Energy Residential Test Facility-jében, hogy megértse, milyen fény áll rendelkezésre egész nap egy átlagos lakóhelyen, Shore-ban. mondott. Ezután'megismétlik a nettó nulla értékű ház fényviszonyait a laborban, hogy megtudják, hogyan teljesítenek a PV-vel működő IoT-eszközök lakossági forgatókönyvben.

Adataik számítógépes modellekbe való betáplálása fontos lesz annak előrejelzésében is, hogy a fotovoltaikus modulok mekkora teljesítményt termelnének beltérben egy bizonyos szintű megvilágítás mellett, ami kulcsfontosságú a technológia költséghatékony megvalósításához.

& quot;Mi'folyamatosan felkapcsoljuk a lámpáinkat, és ahogy egyre inkább a számítógépesített kereskedelmi épületek és otthonok felé haladunk, a fotovoltaikus energia egy módja lehet az elpazarolt fényenergia egy részének kinyerésének és energiahatékonyságunk javításának. ," Shore mondta.

A történet forrása:

Anyagokáltal biztosítottNational Institute of Standards and Technology (NIST).Megjegyzés: A tartalom stílusa és hossza miatt szerkeszthető.