טכנולוגיה סולארית נפוצה יכולה להפעיל מכשירים חכמים בתוך הבית

בכל פעם שאתה מדליק אור בבית או במשרד, אתה מוציא אנרגיה. אבל מה אם להזיז את מתג האור פירושו לייצר גם אנרגיה?

בדרך כלל אנו חושבים על תאים סולאריים, או פוטו-וולטאיים (PV), המחוברים לגגות, הממירים את אור השמש לחשמל, אך הבאת הטכנולוגיה הזו לבית יכולה להגביר עוד יותר את היעילות האנרגטית של מבנים ולהמריץ חלקים של טכנולוגיות חכמות אלחוטיות כגון אזעקות עשן, מצלמות וטמפרטורה. חיישנים, הנקראים גם מכשירי האינטרנט של הדברים (IoT). כעת, מחקר של המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) מציע כי גישה פשוטה ללכידת אור בתוך הבית עשויה להיות בהישג יד. חוקרי NIST בדקו את יכולת הטעינה הפנימית של התקני PV מודולריים קטנים העשויים מחומרים שונים ולאחר מכן חיברו את מודול היעילות הנמוכה ביותר - המורכב מסיליקון - לחיישן טמפרטורה אלחוטי.

תוצאות הצוות' פורסמו בכתב העתEnergy Science& הַנדָסָה, הדגימו שמודול הסיליקון, שסופג רק אור מנורית LED, סיפק יותר כוח מהחיישן שנצרך בפעולה. תוצאה זו מעידה על כך שהמכשיר יכול לפעול ברציפות בזמן שהאורות נשארים דולקים, מה שיבטל את הצורך של מישהו להחליף או להטעין את הסוללה באופן ידני.

& quot;אנשים בתחום הניחו שזה אפשרי'להפעיל מכשירי IoT עם מודולי PV בטווח הארוך, אבל'לא באמת ראינו את הנתונים התומכים בכך בעבר עכשיו, אז זה סוג של צעד ראשון לומר שאנחנו יכולים לעשות זאת," אמר אנדרו שור, מהנדס מכונות של NIST והמחבר הראשי של המחקר.

רוב הבניינים מוארים על ידי שילוב של שמש ומקורות אור מלאכותיים במהלך היום. בשעת בין ערביים, האחרון יכול היה להמשיך לספק אנרגיה למכשירים. עם זאת, אור ממקורות פנימיים נפוצים, כגון נוריות LED, משתרע על ספקטרום צר יותר של אור מהפסים הרחבים יותר הנפלטים מהשמש, וחלק מחומרי התאים הסולאריים טובים יותר בללכוד אורכי גל אלו מאחרים.

כדי לגלות בדיוק איך כמה חומרים שונים יצטברו, שור ועמיתיו בדקו מודולי PV מיני העשויים מגליום אינדיום פוספיד (GaInP), גליום ארסניד (GaAs) - שני חומרים המיועדים לאור LED לבן - וסיליקון, פחות יעיל אבל יותר סביר ושכיח.

החוקרים הציבו את המודולים ברוחב סנטימטרים מתחת ללד לבן, הממוקם בתוך קופסה שחורה אטומה כדי לחסום מקורות אור חיצוניים. ה-LED הפיקה אור בעוצמה קבועה של 1000 לוקס, הדומה לרמות האור בחדר מואר היטב, למשך כל הניסויים. עבור מודולי הסיליקון וה-GaAs PV, השרייה באור פנימי הוכיחה את עצמה פחות יעילה משמש, אבל מודול GaInP פעל הרבה יותר טוב תחת LED מאשר אור שמש. שני מודולי GaInP ו-GaAs עלו משמעותית על הסיליקון בתוך הבית, והמירו 23.1% ו-14.1% מתאורת ה-LED לחשמל, בהתאמה, בהשוואה ליעילות המרת הכוח של סיליקון' של 9.3%.

לא הפתיע את החוקרים, הדירוגים היו זהים עבור מבחן טעינה שבו הם תזמנו כמה זמן לקח למודולים למלא סוללה חצי טעונה של 4.18 וולט, כאשר הסיליקון הגיע אחרון בהפרש של יותר מ- יום וחצי.

הצוות היה מעוניין ללמוד אם מודול הסיליקון, למרות הביצועים הגרועים שלו ביחס למתחרי המדף העליון שלו, יכול לייצר מספיק כוח כדי להפעיל מכשיר IoT בביקוש נמוך, אמר שור.

מכשיר ה-IoT שנבחר עבור הניסוי הבא היה חיישן טמפרטורה שהם חיברו למודול PV הסיליקון, שהונח פעם נוספת מתחת לנורית LED. עם הפעלת החיישן, החוקרים גילו שהוא מסוגל להזין קריאות טמפרטורה באופן אלחוטי למחשב סמוך, המופעל על ידי מודול הסיליקון בלבד. לאחר שעתיים כיבו את האור בקופסה השחורה והחיישן המשיך לפעול, הסוללה שלו התרוקנה בחצי מהקצב שנדרש לטעינה.

& quot;אפילו עם מודול מיני פחות יעיל, מצאנו שעדיין נוכל לספק יותר חשמל מהחיישן האלחוטי שצורך," אמר שור.

החוקרים' הממצאים מצביעים על כך שחומר שכבר נמצא בכל מקום במודולי PV חיצוניים יכול להיות מיושם מחדש עבור התקנים פנימיים עם סוללות בעלות קיבולת נמוכה. התוצאות מתאימות במיוחד למבנים מסחריים שבהם האורות דולקים מסביב לשעון. אבל כמה טוב יפעלו מכשירים המונעים על ידי PV בחללים המוארים רק לסירוגין במהלך היום או כבויים בלילה? וכמה גורם יהיה אור הסביבה שנשפך מבחוץ? בתים וחללי משרדים הם'לא קופסאות שחורות אחרי הכל.

הצוות מתכנן להתמודד עם שתי השאלות, תחילה על ידי הקמת התקני מדידת אור במתקן הבדיקה למגורים של NIST's Net-Zero Energy Residential כדי להבין איזה אור זמין לאורך היום בבית ממוצע, חוף אמר. ואז הם' ישכפלו את תנאי התאורה של הבית האפס במעבדה כדי לגלות כיצד מכשירי IoT המופעלים על ידי PV מתפקדים בתרחיש מגורים.

הזנת הנתונים שלהם למודלים ממוחשבים תהיה חשובה גם לניבוי כמות הספק של מודולי PV בפנים בהינתן רמת אור מסוימת, יכולת מפתח ליישום חסכוני של הטכנולוגיה.

& quot;אנחנו'מדליקים את האורות שלנו כל הזמן וככל שאנו מתקדמים יותר לכיוון מבנים מסחריים ובתים ממוחשבים, PV יכולה להיות דרך לקצור חלק מאנרגיית האור המבוזבזת ולשפר את יעילות האנרגיה שלנו ," אמר שור.

מקור הסיפור:

חומריםהמסופק על ידיהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST).הערה: ניתן לערוך את התוכן לפי הסגנון והאורך.