เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไปสามารถขับเคลื่อนอุปกรณ์อัจฉริยะในร่ม

ทุกครั้งที่คุณเปิดไฟที่บ้านหรือที่ทำงาน คุณกำลังใช้พลังงาน แต่ถ้าการพลิกสวิตช์ไฟหมายถึงการผลิตพลังงานด้วยล่ะ

เรามักจะนึกถึงพลังงานแสงอาทิตย์หรือเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) เซลล์ที่ยึดติดกับหลังคา เปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้า แต่การนำเทคโนโลยีดังกล่าวมาไว้ในที่ร่มอาจช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานของอาคารได้มากขึ้น และเพิ่มพลังให้กับเทคโนโลยีอัจฉริยะแบบไร้สาย เช่น เครื่องตรวจจับควัน กล้อง และอุณหภูมิ เซ็นเซอร์ หรือที่เรียกว่าอุปกรณ์ Internet of Things (IoT) ขณะนี้ ผลการศึกษาจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ชี้ว่าแนวทางที่ตรงไปตรงมาในการจับภาพแสงในอาคารอาจอยู่ไม่ไกลเกินเอื้อม นักวิจัยของ NIST ได้ทดสอบความสามารถในการชาร์จภายในอาคารของอุปกรณ์ PV แบบแยกส่วนขนาดเล็กที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน จากนั้นจึงเชื่อมต่อโมดูลที่มีประสิทธิภาพต่ำสุดซึ่งประกอบด้วยซิลิกอนเข้ากับเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบไร้สาย

ผลงานของทีมงาน' ตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์พลังงาน&แอมป์; วิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าโมดูลซิลิกอนดูดซับแสงจาก LED เท่านั้นให้พลังงานมากกว่าเซ็นเซอร์ที่ใช้ในการดำเนินงาน ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องในขณะที่ไฟยังคงเปิดอยู่ ซึ่งจะช่วยลดความจำเป็นในการเปลี่ยนหรือชาร์จแบตเตอรี่ด้วยตนเอง

& quot;ผู้คนในสนามสันนิษฐานว่า' เป็นไปได้ที่จะเพิ่มพลังให้อุปกรณ์ IoT ด้วยโมดูล PV ในระยะยาว แต่เรายังไม่เคย' ไม่เคยเห็นข้อมูลสนับสนุนมาก่อนจริงๆ ตอนนี้ นี่เป็นก้าวแรกที่จะบอกว่าเราสามารถทำมันได้" แอนดรูว์ ชอร์ วิศวกรเครื่องกลของ NIST และผู้เขียนนำการศึกษากล่าว

อาคารส่วนใหญ่สว่างไสวด้วยแสงแดดและแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ในตอนกลางวัน ในตอนค่ำ คนหลังสามารถจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่อไปได้ อย่างไรก็ตาม แสงจากแหล่งกำเนิดแสงในร่มทั่วไป เช่น LED จะครอบคลุมสเปกตรัมของแสงที่แคบกว่าแถบกว้างที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ และวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์บางชนิดสามารถจับความยาวคลื่นเหล่านี้ได้ดีกว่าชนิดอื่นๆ

เพื่อค้นหาว่าวัสดุที่แตกต่างกันสองสามชนิดจะซ้อนกันได้อย่างไร ชอร์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ทดสอบโมดูล PV ขนาดเล็กที่ทำจากแกลเลียมอินเดียมฟอสไฟด์ (GaInP), แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ซึ่งเป็นวัสดุสองชนิดที่มุ่งสู่ไฟ LED สีขาว และซิลิกอน วัสดุที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า แต่ราคาไม่แพงและธรรมดากว่า

นักวิจัยได้วางโมดูลขนาดกว้างเซนติเมตรไว้ใต้ LED สีขาว ซึ่งอยู่ภายในกล่องสีดำทึบแสงเพื่อป้องกันแหล่งกำเนิดแสงภายนอก LED ให้แสงที่ระดับความเข้มคงที่ที่ 1,000 ลักซ์ เทียบได้กับระดับแสงในห้องที่มีแสงสว่างเพียงพอตลอดระยะเวลาของการทดลอง สำหรับโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนและ GaAs การแช่ในแสงในร่มมีประสิทธิภาพน้อยกว่าแสงแดด แต่โมดูล GaInP ทำงานได้ดีกว่าภายใต้ LED มากเมื่อเทียบกับแสงแดด ทั้งโมดูล GaInP และ GaAs แซงหน้าซิลิคอนในอาคารอย่างมีนัยสำคัญ โดยแปลง 23.1% และ 14.1% ของไฟ LED เป็นพลังงานไฟฟ้า ตามลำดับ เมื่อเทียบกับซิลิคอน's 9.3% ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน

ไม่แปลกใจเลยสำหรับนักวิจัย การจัดอันดับนั้นเหมือนกันสำหรับการทดสอบการชาร์จซึ่งพวกเขาจับเวลาว่าโมดูลใช้เวลานานเท่าใดในการเติมแบตเตอรี่ขนาด 4.18 โวลต์ที่มีประจุไฟครึ่งหนึ่ง โดยที่ซิลิกอนเข้ามาอยู่ท้ายสุดด้วยระยะขอบมากกว่า วันครึ่ง.

ทีมงานสนใจที่จะเรียนรู้ว่าโมดูลซิลิกอนแม้จะมีประสิทธิภาพต่ำเมื่อเทียบกับคู่แข่งระดับบน แต่สามารถสร้างพลังงานเพียงพอที่จะใช้งานอุปกรณ์ IoT ที่มีความต้องการต่ำได้หรือไม่ Shore กล่าว

อุปกรณ์ IoT ที่พวกเขาเลือกสำหรับการทดลองครั้งต่อไปคือเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่พวกเขาเชื่อมต่อกับโมดูลซิลิคอน PV ซึ่งวางไว้ใต้ LED อีกครั้ง เมื่อเปิดเซ็นเซอร์ นักวิจัยพบว่าสามารถป้อนการอ่านค่าอุณหภูมิแบบไร้สายไปยังคอมพิวเตอร์ที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งขับเคลื่อนโดยโมดูลซิลิกอนเพียงอย่างเดียว หลังจากผ่านไปสองชั่วโมง พวกเขาปิดไฟในกล่องดำและเซ็นเซอร์ยังคงทำงานต่อไป แบตเตอรี่หมดในอัตราครึ่งหนึ่งของการชาร์จ

& quot;ถึงแม้จะใช้โมดูลขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า เราก็พบว่าเรายังสามารถจ่ายพลังงานได้มากกว่าเซ็นเซอร์ไร้สายที่ใช้ไป" ชอร์ กล่าว.

นักวิจัย' ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าวัสดุที่มีอยู่ทั่วไปในโมดูล PV กลางแจ้งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้สำหรับอุปกรณ์ภายในอาคารที่มีแบตเตอรี่ความจุต่ำ ผลลัพธ์นี้ใช้ได้เฉพาะกับอาคารพาณิชย์ที่มีการเปิดไฟตลอดเวลา แต่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงาน PV จะทำงานในพื้นที่ที่มีแสงสว่างเป็นช่วงๆ ตลอดทั้งวันหรือปิดในเวลากลางคืนได้ดีเพียงใด และแสงจากภายนอกจะส่องเข้ามาจากภายนอกมากน้อยเพียงใด? บ้านและพื้นที่สำนักงานไม่ใช่กล่องดำ'

ทีมงานวางแผนที่จะจัดการกับคำถามทั้งสองข้อ ขั้นแรกโดยการตั้งค่าอุปกรณ์วัดแสงในศูนย์ทดสอบ Net-Zero Energy Residential Test Facility ของ NIST&เพื่อให้เข้าใจว่าแสงใดบ้างที่สามารถใช้ได้ตลอดทั้งวันในที่อยู่อาศัยทั่วไป ชายฝั่ง กล่าวว่า. จากนั้นพวกเขา' จะจำลองสภาพแสงของบ้านสุทธิศูนย์ในห้องปฏิบัติการเพื่อค้นหาว่าอุปกรณ์ IoT ที่ขับเคลื่อนด้วย PV ทำงานอย่างไรในสถานการณ์ที่อยู่อาศัย

การป้อนข้อมูลลงในแบบจำลองคอมพิวเตอร์จะมีความสำคัญในการคาดการณ์ว่าโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะผลิตพลังงานได้มากเพียงใดภายในอาคารเมื่อได้รับแสงในระดับหนึ่ง ซึ่งเป็นความสามารถหลักสำหรับการนำเทคโนโลยีไปใช้อย่างคุ้มค่า

& quot;เรา'เราเปิดไฟอยู่ตลอดเวลา และเมื่อเราเคลื่อนตัวไปยังอาคารพาณิชย์และบ้านที่ใช้คอมพิวเตอร์มากขึ้น PV อาจเป็นวิธีที่จะเก็บเกี่ยวพลังงานแสงบางส่วนที่สูญเปล่าและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเรา ," ชอร์ กล่าว.

ที่มาของเรื่อง:

วัสดุให้บริการโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST).หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว