يمكن لتكنولوجيا الطاقة الشمسية الشائعة تشغيل الأجهزة الذكية في الداخل

في أي وقت تقوم فيه بتشغيل الضوء في المنزل أو في المكتب ، فإنك تستهلك الطاقة. ولكن ماذا لو كان قلب مفتاح الضوء يعني إنتاج الطاقة أيضًا؟

عادة ما نفكر في الخلايا الشمسية ، أو الخلايا الكهروضوئية (PV) ، المثبتة على الأسطح ، وتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء ، ولكن جلب هذه التكنولوجيا في الداخل يمكن أن يزيد من كفاءة الطاقة في المباني وينشط قطاعات من التقنيات الذكية اللاسلكية مثل أجهزة إنذار الدخان والكاميرات ودرجة الحرارة أجهزة الاستشعار ، وتسمى أيضًا أجهزة إنترنت الأشياء (IoT). الآن ، تشير دراسة من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) إلى أن اتباع نهج مباشر لالتقاط الضوء في الداخل قد يكون في متناول اليد. اختبر باحثو NIST قدرة الشحن الداخلي للأجهزة الكهروضوئية المعيارية الصغيرة المصنوعة من مواد مختلفة ، ثم قاموا بتوصيل أقل وحدة كفاءة - تتكون من السيليكون - بمستشعر درجة حرارة لاسلكي.

نتائج فريق&# 39 ؛ المنشورة في المجلةعلوم الطاقة&أمبير؛ هندسة، أوضح أن وحدة السيليكون ، التي تمتص الضوء فقط من مؤشر LED ، توفر طاقة أكبر من المستشعر المستهلك أثناء التشغيل. تشير هذه النتيجة إلى أن الجهاز يمكن أن يعمل بشكل مستمر بينما تظل الأضواء مضاءة ، مما يلغي الحاجة إلى قيام شخص ما بتبديل أو إعادة شحن البطارية يدويًا.

& مثل ؛ افترض الأشخاص العاملون في هذا المجال أنه من الممكن&تشغيل أجهزة إنترنت الأشياء بوحدات PV على المدى الطويل ، لكننا لم نر&# 39 ؛ بالفعل البيانات لدعم ذلك من قبل الآن ، فهذه نوع من الخطوة الأولى للقول إنه يمكننا القيام بذلك ،&مثل ؛ قال أندرو شور ، مهندس ميكانيكي NIST والمؤلف الرئيسي للدراسة.

تضاء معظم المباني بمزيج من الشمس ومصادر الضوء الصناعي خلال النهار. عند الغسق ، يمكن أن يستمر الأخير في توفير الطاقة للأجهزة. ومع ذلك ، فإن الضوء من المصادر الداخلية الشائعة ، مثل مصابيح LED ، يمتد طيفًا أضيق من الضوء من النطاقات الأوسع المنبعثة من الشمس ، وبعض مواد الخلايا الشمسية أفضل في التقاط هذه الأطوال الموجية من غيرها.

لمعرفة كيفية تكديس بعض المواد المختلفة بالضبط ، اختبر شور وزملاؤه الوحدات الكهروضوئية الصغيرة المصنوعة من فوسفيد إنديوم الغاليوم (GaInP) ، زرنيخيد الغاليوم (GaAs) - وهما مادتان موجهتان نحو ضوء LED الأبيض - والسيليكون ، مواد أقل كفاءة ولكن ميسورة التكلفة وشائعة.

وضع الباحثون الوحدات التي يبلغ عرضها سنتيمترًا واحدًا تحت مصباح LED أبيض ، داخل صندوق أسود معتم لحجب مصادر الضوء الخارجية. أنتج LED ضوءًا بكثافة ثابتة تبلغ 1000 لوكس ، مقارنة بمستويات الإضاءة في غرفة مضاءة جيدًا ، طوال مدة التجارب. بالنسبة لوحدات السيليكون و GaAs PV ، أثبت النقع في الضوء الداخلي أنه أقل كفاءة من أشعة الشمس ، ولكن أداء وحدة GaInP كان أفضل بكثير تحت ضوء LED من ضوء الشمس. تفوقت كل من وحدات GaInP و GaAs بشكل كبير على السيليكون في الداخل ، حيث حولتا 23.1٪ و 14.1٪ من ضوء LED إلى طاقة كهربائية ، على التوالي ، مقارنةً بكفاءة تحويل الطاقة 9.3٪ من السيليكون&# 39 ؛ s.

لم يكن الأمر مفاجئًا للباحثين ، فقد كانت التصنيفات هي نفسها بالنسبة لاختبار الشحن الذي قاموا فيه بتوقيت المدة التي استغرقتها الوحدات لملء بطارية نصف مشحونة بقوة 4.18 فولت ، مع دخول السيليكون أخيرًا بهامش يزيد عن 1. يوم ونصف.

قال شور إن الفريق كان مهتمًا بمعرفة ما إذا كانت وحدة السيليكون ، على الرغم من أدائها الضعيف مقارنةً بمنافسيها في الرف العلوي ، يمكن أن تولد طاقة كافية لتشغيل جهاز إنترنت الأشياء منخفض الطلب.

كان جهاز إنترنت الأشياء الذي اختاروه للتجربة التالية عبارة عن مستشعر درجة الحرارة الذي قاموا بتوصيله بوحدة السيليكون الكهروضوئية ، الموضوعة مرة أخرى تحت مصباح LED. عند تشغيل المستشعر ، وجد الباحثون أنه كان قادرًا على تغذية قراءات درجة الحرارة لاسلكيًا لجهاز كمبيوتر قريب ، مدعوم بوحدة السيليكون وحدها. بعد ساعتين ، أطفأوا الضوء في الصندوق الأسود واستمر المستشعر في العمل ، ونفدت بطاريته بنصف المعدل الذي يستغرقه الشحن.

& مثل ؛ حتى مع وجود وحدة صغيرة أقل كفاءة ، وجدنا أنه لا يزال بإمكاننا توفير طاقة أكبر من المستشعر اللاسلكي المستهلك ،&مثل ؛ قال شور.

الباحثون&# 39 ؛ تشير النتائج إلى أن مادة موجودة بالفعل في كل مكان في الوحدات الكهروضوئية الخارجية يمكن إعادة توظيفها للأجهزة الداخلية ذات البطاريات منخفضة السعة. تنطبق النتائج بشكل خاص على المباني التجارية حيث تكون الأضواء مضاءة على مدار الساعة. ولكن ما مدى جودة تشغيل الأجهزة التي تعمل بالطاقة الكهروضوئية في المساحات المضاءة بشكل متقطع طوال اليوم أو التي يتم إيقافها في الليل؟ وما مقدار عامل الضوء المحيط الذي يتدفق من الخارج؟ المنازل والمكاتب ليست صناديق سوداء بعد كل شيء.

يخطط الفريق للإجابة على كلا السؤالين ، أولاً من خلال إعداد أجهزة قياس الضوء في منشأة اختبار Net-Zero Energy Residential NIST&لفهم الضوء المتاح طوال اليوم في مسكن متوسط ​​، Shore قالت. ثم يقومون&# 39 ؛ بتكرار ظروف الإضاءة لمنزل صافي الصفر في المختبر لمعرفة كيفية أداء أجهزة إنترنت الأشياء التي تعمل بالطاقة الكهروضوئية في سيناريو سكني.

سيكون إدخال بياناتهم في نماذج الكمبيوتر أمرًا مهمًا أيضًا للتنبؤ بكمية الطاقة الكهروضوئية التي ستنتجها الوحدات الكهروضوئية في الداخل نظرًا لمستوى معين من الضوء ، وهي قدرة أساسية على التنفيذ الفعال من حيث التكلفة للتكنولوجيا.

& مثل ؛ نحن&# 39 ؛ نضيء مصابيحنا طوال الوقت وبينما نتحرك أكثر نحو المباني التجارية والمنازل المحوسبة ، يمكن أن تكون الكهروضوئية وسيلة لحصاد بعض الطاقة الضوئية المهدرة وتحسين كفاءة الطاقة لدينا ،&مثل ؛ قال شور.

مصدر القصة:

الموادمقدمة منالمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST).ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.