فناوری خورشیدی رایج می تواند دستگاه های هوشمند را در داخل خانه تامین کند

هر زمان که چراغی را در خانه یا محل کار روشن می کنید، انرژی خود را صرف می کنید. اما اگر چرخاندن کلید چراغ به معنای تولید انرژی نیز باشد، چه؟

ما معمولاً به سلول‌های خورشیدی یا فتوولتائیک (PV) فکر می‌کنیم که به پشت بام‌ها ثابت می‌شوند و نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند، اما آوردن این فناوری در داخل خانه می‌تواند بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها را افزایش دهد و به بخش‌هایی از فناوری‌های هوشمند بی‌سیم مانند هشدارهای دود، دوربین‌ها و دما انرژی بخشد. حسگرها که دستگاه های اینترنت اشیا (IoT) نیز نامیده می شوند. اکنون، مطالعه‌ای از موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) نشان می‌دهد که یک رویکرد ساده برای گرفتن نور در داخل خانه ممکن است در دسترس باشد. محققان NIST توانایی شارژ داخلی دستگاه‌های PV ماژولار کوچک ساخته شده از مواد مختلف را آزمایش کردند و سپس ماژول کمترین بازده - متشکل از سیلیکون - را به یک حسگر دمای بی‌سیم متصل کردند.

نتایج تیم' در مجله منتشر شدعلوم انرژی& مهندسی، نشان می دهد که ماژول سیلیکونی که فقط نور یک LED را جذب می کند، انرژی بیشتری نسبت به سنسور مصرف شده در کار تامین می کند. این نتیجه نشان می دهد که دستگاه می تواند به طور مداوم در حالی که چراغ ها روشن هستند کار کند، که نیاز به تعویض دستی یا شارژ مجدد باتری را از بین می برد.

& quot;افراد در این زمینه تصور می‌کنند که' تامین انرژی دستگاه‌های IoT با ماژول‌های PV در درازمدت ممکن است، اما ما قبلاً'داده‌هایی را برای پشتیبانی از آن ندیده‌ایم. اکنون، بنابراین این اولین قدم برای گفتن است که ما می توانیم آن را انجام دهیم،" اندرو شور، مهندس مکانیک NIST و نویسنده اصلی این مطالعه گفت.

بیشتر ساختمان ها با ترکیبی از خورشید و منابع نور مصنوعی در طول روز روشن می شوند. در غروب، دومی می تواند به تامین انرژی دستگاه ها ادامه دهد. با این حال، نور از منابع معمولی داخلی، مانند LED ها، طیف باریک تری از نور را نسبت به باندهای وسیع تری که از خورشید ساطع می شود، می پوشاند و برخی از مواد سلول خورشیدی در گرفتن این طول موج ها بهتر از سایرین هستند.

Shore و همکارانش برای اینکه بفهمند دقیقاً چگونه چند ماده مختلف روی هم قرار می‌گیرند، ماژول‌های PV مینی ساخته شده از فسفید گالیم ایندیم (GaInP)، آرسنید گالیم (GaAs) - دو ماده که به سمت نور LED سفید تنظیم شده‌اند - و سیلیکون را آزمایش کردند. مواد کمتر کارآمد اما مقرون به صرفه تر و معمولی تر.

محققان این ماژول‌ها را به عرض یک سانتی‌متر در زیر یک LED سفید قرار دادند که در داخل یک جعبه سیاه مات قرار داشت تا منابع نور خارجی را مسدود کند. LED در طول مدت آزمایش، نور را با شدت ثابت 1000 لوکس، قابل مقایسه با سطوح نور در یک اتاق با نور خوب تولید می کرد. برای ماژول‌های PV سیلیکونی و GaAs، خیساندن در نور داخلی کمتر از نور خورشید کارآمد بود، اما ماژول GaInP در زیر LED بسیار بهتر از نور خورشید عمل کرد. هر دو ماژول GaInP و GaAs به طور قابل توجهی از سیلیکون در داخل خانه پیشی گرفتند و به ترتیب 23.1% و 14.1% از نور LED را به برق تبدیل کردند، در مقایسه با راندمان تبدیل توان 9.3% سیلیکون'.

برای محققان جای تعجب نداشت، رتبه‌بندی برای آزمایش شارژ یکسان بود که در آن زمان‌بندی طول کشید تا ماژول‌ها باتری 4.18 ولتی نیمه‌شارژ را پر کنند و سیلیکون با اختلافی بیش از یک ولت در جایگاه آخر قرار گرفت. یک روز و نیم

Shore گفت که این تیم علاقه مند به یادگیری این بود که آیا ماژول سیلیکونی، علیرغم عملکرد ضعیفش نسبت به رقبای سطح بالای خود، می تواند انرژی کافی برای راه اندازی یک دستگاه اینترنت اشیاء کم تقاضا تولید کند یا خیر.

دستگاه IoT انتخابی آنها برای آزمایش بعدی یک سنسور دما بود که آنها را به ماژول PV سیلیکونی متصل کردند و یک بار دیگر زیر یک LED قرار دادند. پس از روشن کردن سنسور، محققان دریافتند که می‌تواند خوانش‌های دما را به‌صورت بی‌سیم به رایانه‌ای که در نزدیکی آن قرار دارد، تغذیه کند، که تنها توسط ماژول سیلیکونی تغذیه می‌شود. پس از دو ساعت، آنها چراغ جعبه سیاه را خاموش کردند و حسگر به کار خود ادامه داد و باتری آن به نصف سرعت شارژ شدنش تمام شد.

& quot;حتی با یک ماژول کوچک کارآمدتر، متوجه شدیم که همچنان می‌توانیم انرژی بیشتری نسبت به حسگر بی‌سیم مصرفی تامین کنیم،" شور گفت.

محققان' یافته‌ها نشان می‌دهد که یک ماده از قبل در همه جا در ماژول‌های PV در فضای باز می‌تواند برای دستگاه‌های داخلی با باتری‌های کم ظرفیت استفاده شود. نتایج به‌ویژه برای ساختمان‌های تجاری که در آن چراغ‌ها در تمام ساعات شبانه‌روز روشن هستند، کاربرد دارند. اما دستگاه های مجهز به انرژی PV در فضاهایی که فقط به طور متناوب در طول روز روشن می شوند یا در شب خاموش می شوند چقدر خوب کار می کنند؟ و نور محیطی که از بیرون به داخل می ریزد چقدر عامل است؟ خانه ها و فضاهای اداری به هر حال جعبه سیاه نیستند.

این تیم قصد دارد با هر دو سؤال، ابتدا با راه‌اندازی دستگاه‌های اندازه‌گیری نور در NIST's Net-Zero Residential Test Facility برای به دست آوردن درک درستی از نور موجود در طول روز در یک اقامتگاه متوسط، Shore، مقابله کند. گفت. سپس آنها'؛ شرایط روشنایی خانه خالص صفر را در آزمایشگاه تکرار خواهند کرد تا نحوه عملکرد دستگاه‌های IoT با انرژی PV را در یک سناریوی مسکونی انجام دهند.

تغذیه داده‌های آن‌ها در مدل‌های رایانه‌ای نیز برای پیش‌بینی میزان توانی که ماژول‌های PV در داخل خانه تولید می‌کنند با توجه به سطح مشخصی از نور، یک قابلیت کلیدی برای اجرای مقرون‌به‌صرفه فناوری، مهم خواهد بود.

& quot;ما'؛ همیشه چراغ‌های خود را روشن می‌کنیم و هرچه بیشتر به سمت ساختمان‌ها و خانه‌های تجاری کامپیوتری پیش می‌رویم، PV می‌تواند راهی برای برداشت مقداری از انرژی نور هدر رفته و بهبود بهره‌وری انرژی باشد. ," شور گفت.

منبع داستان:

موادتهیه شده توسطموسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST).توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.