La tecnologia solare comune può alimentare i dispositivi intelligenti all'interno

Ogni volta che accendi una luce a casa o in ufficio, stai consumando energia. Ma se premere l'interruttore della luce significasse anche produrre energia?

Di solito pensiamo alle celle solari, o fotovoltaiche (PV), fissate ai tetti, che convertono la luce solare in elettricità, ma portare quella tecnologia all'interno potrebbe aumentare ulteriormente l'efficienza energetica degli edifici e dare energia a una serie di tecnologie intelligenti wireless come rilevatori di fumo, telecamere e temperatura sensori, chiamati anche dispositivi Internet of Things (IoT). Ora, uno studio del National Institute of Standards and Technology (NIST) suggerisce che un approccio diretto per catturare la luce in interni potrebbe essere a portata di mano. I ricercatori del NIST hanno testato la capacità di ricarica interna di piccoli dispositivi fotovoltaici modulari realizzati con materiali diversi e poi hanno collegato il modulo a più bassa efficienza, composto da silicio, a un sensore di temperatura wireless.

I risultati del team's, pubblicati sulla rivistaamplificatore di scienza dell'energia &; Ingegneria, dimostrano che il modulo in silicio, assorbendo solo la luce di un LED, ha fornito più energia del sensore consumato durante il funzionamento. Questo risultato suggerisce che il dispositivo potrebbe funzionare continuamente mentre le luci rimangono accese, il che eliminerebbe la necessità per qualcuno di sostituire o ricaricare manualmente la batteria.

& quot;Le persone del settore hanno ipotizzato che'è possibile alimentare dispositivi IoT con moduli fotovoltaici a lungo termine, ma'non abbiamo davvero visto i dati a supporto di ciò prima ora, quindi questo è una specie di primo passo per dire che possiamo farcela," ha detto Andrew Shore, un ingegnere meccanico del NIST e autore principale dello studio.

La maggior parte degli edifici è illuminata da un mix di fonti di luce solare e artificiale durante il giorno. All'imbrunire, quest'ultimo potrebbe continuare a fornire energia ai dispositivi. Tuttavia, la luce proveniente da comuni fonti interne, come i LED, copre uno spettro di luce più ristretto rispetto alle bande più ampie emesse dal sole e alcuni materiali delle celle solari catturano meglio queste lunghezze d'onda rispetto ad altri.

Per scoprire esattamente come si sarebbero accumulati alcuni materiali diversi, Shore e i suoi colleghi hanno testato mini moduli fotovoltaici realizzati con fosfuro di indio e gallio (GaInP), arseniuro di gallio (GaAs) - due materiali orientati verso la luce LED bianca - e silicio, un materiale meno efficiente ma più conveniente e comune.

I ricercatori hanno posizionato i moduli larghi centimetri sotto un LED bianco, alloggiato all'interno di una scatola nera opaca per bloccare le fonti di luce esterne. Il LED ha prodotto luce ad un'intensità fissa di 1000 lux, paragonabile ai livelli di luce in una stanza ben illuminata, per la durata degli esperimenti. Per i moduli fotovoltaici in silicio e GaAs, l'immersione nella luce interna si è rivelata meno efficiente della luce solare, ma il modulo GaInP ha funzionato molto meglio sotto il LED rispetto alla luce solare. Entrambi i moduli GaInP e GaAs hanno superato significativamente il silicio all'interno, convertendo rispettivamente il 23,1% e il 14,1% della luce LED in energia elettrica, rispetto all'efficienza di conversione di potenza del 9,3% del silicio'.

Non sorprendendo i ricercatori, le classifiche erano le stesse per un test di carica in cui hanno cronometrato il tempo impiegato dai moduli per riempire una batteria da 4,18 volt semi-caricata, con il silicio che arrivava per ultimo con un margine di oltre un giorno e mezzo.

Il team era interessato a scoprire se il modulo in silicio, nonostante le sue scarse prestazioni rispetto ai suoi concorrenti di fascia alta, potesse generare energia sufficiente per eseguire un dispositivo IoT a bassa domanda, ha affermato Shore.

Il loro dispositivo IoT preferito per il prossimo esperimento era un sensore di temperatura che hanno collegato al modulo fotovoltaico in silicio, posizionato ancora una volta sotto un LED. Dopo aver acceso il sensore, i ricercatori hanno scoperto che era in grado di trasmettere le letture della temperatura in modalità wireless a un computer nelle vicinanze, alimentato dal solo modulo di silicio. Dopo due ore, hanno spento la luce nella scatola nera e il sensore ha continuato a funzionare, la batteria si scaricava a metà della velocità necessaria per caricarsi.

& quot;Anche con un mini modulo meno efficiente, abbiamo scoperto che potevamo comunque fornire più energia di quella consumata dal sensore wireless," Shore ha detto.

I ricercatori' i risultati suggeriscono che un materiale già onnipresente nei moduli fotovoltaici per esterni potrebbe essere riutilizzato per dispositivi interni con batterie a bassa capacità. I risultati sono particolarmente applicabili agli edifici commerciali in cui le luci sono accese 24 ore su 24. Ma quanto bene funzionerebbero i dispositivi fotovoltaici in spazi illuminati solo a intermittenza durante il giorno o spenti di notte? E quanto sarebbe un fattore la luce ambientale che si riversa dall'esterno? Dopotutto, le case e gli uffici non sono&scatole nere.

Il team prevede di affrontare entrambe le domande, innanzitutto installando dispositivi di misurazione della luce nella struttura di test residenziale a energia netta zero del NIST&n. 39 per comprendere quale luce è disponibile durante il giorno in una residenza media, a Shore disse. Quindi'replicherà le condizioni di illuminazione della casa net-zero in laboratorio per scoprire come si comportano i dispositivi IoT alimentati da PV in uno scenario residenziale.

L'inserimento dei loro dati nei modelli informatici sarà anche importante per prevedere la quantità di energia che i moduli fotovoltaici produrrebbero all'interno di un determinato livello di luce, una capacità chiave per l'implementazione economica della tecnologia.

& quot;Noi'accendiamo continuamente le nostre luci e mentre ci muoviamo sempre più verso edifici e case commerciali computerizzati, il fotovoltaico potrebbe essere un modo per raccogliere parte dell'energia luminosa sprecata e migliorare la nostra efficienza energetica ," Shore ha detto.

Fonte della storia:

Materialifornito daIstituto nazionale di standard e tecnologia (NIST).Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.