使用太阳能技术为室内智能设备供电

使用太阳能技术为室内智能设备供电

陈讲运清洁能源

原创

2022-11-24 06:49 · 来自北京

室外光伏模块中已经无处不在的材料可以重新用于具有低容量电池的室内设备。

研究人员在人造光下测试了由三种不同材料制成的微型太阳能模块。模块由（从左到右）硅、砷化镓和磷化铟镓制成。（图片来源：NIST）

固定在屋顶上的太阳能或光伏（PV）电池将阳光转化为电能。将这项技术引入室内可以进一步提高建筑物的能源效率，并为烟雾报警器、摄像头和温度传感器等无线智能技术注入活力。

开发了一种用于在室内捕获光线的简单方法。研究人员测试了由不同材料制成的小型模块化光伏设备的室内充电能力，然后将效率最低的模块（由硅组成）连接到无线温度传感器。结果表明，硅模块仅吸收来自LED的光，提供的功率比运行中消耗的传感器更多。这表明该设备可以在灯保持亮起的情况下连续运行，这将消除某人手动更换或充电电池的需要。

大多数建筑物在白天由太阳和人造光源混合照亮。黄昏时分，后者可以继续为设备提供能量。然而，来自普通室内光源（如LED）的光比太阳发射的更宽波段的光谱更窄，并且一些太阳能电池材料比其他材料更擅长捕获这些波长。

为了确切地了解几种不同的材料是如何堆叠的，该团队测试了由磷化镓铟（GaInP），砷化镓（GaAs）制成的光伏微型模块 - 两种面向白光LED灯的材料 - 和硅，一种效率较低但更实惠和常见的材料。研究人员将厘米宽的模块放置在一个白色LED下面，该LED安装在一个不透明的黑匣子内，以阻挡外部光源。在实验期间，LED产生的光强度为1000勒克斯，与光线充足的房间中的光水平相当。对于硅和砷化镓光伏组件，在室内光下浸泡的效率低于阳光，但GaInP模块在LED下的表现远好于阳光。GaInP和GaAs模块在室内均明显超过硅，分别将23.1%和14.1%的LED光转换为电能，而硅的功率转换效率为9.3%。

充电测试的排名相同，他们计时模块填充半充电的4.18伏电池所需的时间，硅排在最后超过一天半。该团队有兴趣了解硅模块，尽管相对于其顶级竞争对手的性能较差，但它是否可以产生足够的电力来运行低需求的物联网（IoT）设备。

为实验选择的物联网设备是一个温度传感器，它连接到硅光伏模块，再次放置在LED下。打开传感器后，研究人员发现它能够将温度读数无线馈送到附近的计算机，该计算机仅由硅模块供电。两个小时后，他们关掉了黑匣子里的灯，传感器继续运行，电池电量耗尽的速度只有充电的一半。

研究人员的发现表明，室外光伏组件中已经无处不在的材料可以重新用于具有低容量电池的室内设备。结果特别适用于全天候开灯的商业建筑。