Zonnetechnologie gebruiken om slimme apparaten binnenshuis van stroom te voorzien

Zonne- of fotovoltaïsche (PV) cellen die op daken zijn bevestigd, zetten zonlicht om in elektriciteit. Door die technologie naar binnen te brengen, kan de energie-efficiëntie van gebouwen verder worden verbeterd en kunnen talloze draadloze slimme technologieën, zoals rookmelders, camera's en temperatuursensoren, worden gestimuleerd.

Er is een rechttoe rechtaan aanpak ontwikkeld voor het vastleggen van licht binnenshuis. Onderzoekers testten het oplaadvermogen binnenshuis van kleine modulaire PV-apparaten gemaakt van verschillende materialen en sloten vervolgens de module met het laagste rendement - bestaande uit silicium - aan op een draadloze temperatuursensor. De resultaten tonen aan dat de siliciummodule, die alleen licht van een LED absorbeert, meer stroom leverde dan de sensor die tijdens het gebruik werd verbruikt. Dit suggereert dat het apparaat continu zou kunnen werken terwijl de lichten aan blijven, waardoor het niet langer nodig is dat iemand de batterij handmatig verwisselt of oplaadt.

De meeste gebouwen worden overdag verlicht door een mix van zowel de zon als kunstmatige lichtbronnen. Die laatste kon in de schemering doorgaan met het leveren van energie aan apparaten. Licht van gewone bronnen binnenshuis, zoals LED's, bestrijkt echter een smaller lichtspectrum dan de bredere banden die door de zon worden uitgestraald en sommige zonnecelmaterialen zijn beter in het vastleggen van deze golflengten dan andere.

Om erachter te komen hoe een paar verschillende materialen precies zouden stapelen, testte het team PV-minimodules gemaakt van gallium indiumfosfide (GaInP), galliumarsenide (GaAs) - twee materialen gericht op wit LED-licht - en silicium, een minder efficiënt maar meer betaalbaar en alledaags materiaal. De onderzoekers plaatsten de centimeters brede modules onder een witte LED in een ondoorzichtige zwarte doos om externe lichtbronnen te blokkeren. De LED produceerde licht met een vaste intensiteit van 1000 lux, vergelijkbaar met lichtniveaus in een goed verlichte ruimte, voor de duur van de experimenten. Voor de silicium- en GaAs PV-modules bleek het weken in binnenlicht minder efficiënt dan zonneschijn, maar de GaInP-module presteerde veel beter onder de LED dan zonlicht. Zowel de GaInP- als de GaAs-modules overtroffen silicium binnenshuis aanzienlijk, waarbij respectievelijk 23,1% en 14,1% van het LED-licht werd omgezet in elektrisch vermogen, vergeleken met de 9,3% stroomconversie-efficiëntie van silicium.

De ranglijst was hetzelfde voor een oplaadtest waarin ze timen hoe lang het duurde voordat de modules een half opgeladen 4,18-volt batterij hadden gevuld, waarbij silicium als laatste binnenkwam met een marge van meer dan anderhalve dag. Het team wilde weten of de siliciummodule, ondanks zijn slechte prestaties in vergelijking met zijn concurrenten van de bovenste plank, genoeg stroom zou kunnen genereren om een ​​low-demand Internet of Things (IoT)-apparaat te gebruiken.

Het gekozen IoT-apparaat voor het experiment was een temperatuursensor die werd aangesloten op de silicium PV-module, opnieuw onder een LED geplaatst. Bij het inschakelen van de sensor ontdekten de onderzoekers dat deze temperatuurmetingen draadloos kon doorgeven aan een computer in de buurt die alleen werd aangedreven door de siliciummodule. Na twee uur deden ze het licht in de zwarte doos uit en bleef de sensor werken, de batterij ging half zo snel leeg als nodig was om op te laden.

De bevindingen van de onderzoekers suggereren dat een reeds alomtegenwoordig materiaal in PV-modules buitenshuis kan worden hergebruikt voor apparaten binnenshuis met batterijen met een lage capaciteit. De resultaten zijn met name van toepassing op commerciële gebouwen waar de lichten de klok rond branden.