Tecnologia solar comum pode alimentar dispositivos inteligentes dentro de casa

Sempre que você acende uma luz em casa ou no escritório, está gastando energia. Mas e se apertar o interruptor de luz significasse produzir energia também?

Normalmente pensamos em células solares ou fotovoltaicas (PV) fixadas em telhados, convertendo a luz solar em eletricidade, mas trazer essa tecnologia para dentro poderia aumentar ainda mais a eficiência energética de edifícios e energizar faixas de tecnologias inteligentes sem fio, como alarmes de fumaça, câmeras e temperatura sensores, também chamados de dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Agora, um estudo do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) sugere que uma abordagem direta para capturar luz em ambientes fechados pode estar ao nosso alcance. Os pesquisadores do NIST testaram a capacidade de carregamento interno de pequenos dispositivos fotovoltaicos modulares feitos de materiais diferentes e, em seguida, conectaram o módulo de menor eficiência - composto de silício - a um sensor de temperatura sem fio.

Os resultados da equipe' s, publicados na revistaCiência da Energia& Engenharia, demonstram que o módulo de silício, absorvendo apenas a luz de um LED, forneceu mais energia do que o sensor consumiu em operação. Esse resultado sugere que o dispositivo poderia funcionar continuamente enquanto as luzes permanecessem acesas, o que dispensaria a necessidade de alguém trocar ou recarregar a bateria manualmente.

& quot; Pessoas no campo presumiram que' é possível alimentar dispositivos IoT com módulos FV a longo prazo, mas nós' realmente não vimos os dados para apoiar isso antes agora, então este é um tipo de primeiro passo para dizer que podemos retirá-lo," disse Andrew Shore, engenheiro mecânico do NIST e principal autor do estudo.

A maioria dos edifícios é iluminada por uma mistura de fontes de luz solar e artificial durante o dia. Ao anoitecer, o último poderia continuar fornecendo energia aos dispositivos. No entanto, a luz de fontes internas comuns, como LEDs, abrange um espectro de luz mais estreito do que as bandas mais largas emitidas pelo sol, e alguns materiais de células solares são melhores em capturar esses comprimentos de onda do que outros.

Para descobrir exatamente como alguns materiais diferentes se empilhariam, Shore e seus colegas testaram minimódulos PV feitos de fosfeto de gálio e índio (GaInP), arsenieto de gálio (GaAs) - dois materiais voltados para luz LED branca - e silício, um material menos eficiente, mas mais acessível e comum.

Os pesquisadores colocaram os módulos de centímetros de largura sob um LED branco, alojado dentro de uma caixa preta opaca para bloquear as fontes de luz externas. O LED produziu luz em uma intensidade fixa de 1000 lux, comparável aos níveis de luz em uma sala bem iluminada, durante os experimentos. Para os módulos PV de silício e GaAs, a imersão em luz interna provou ser menos eficiente do que a luz do sol, mas o módulo GaInP teve um desempenho muito melhor sob o LED do que a luz do sol. Ambos os módulos GaInP e GaAs ultrapassaram significativamente o silício em ambientes internos, convertendo 23,1% e 14,1% da luz LED em energia elétrica, respectivamente, em comparação com silício' s 9,3% de eficiência de conversão de energia.

Sem nenhuma surpresa para os pesquisadores, as classificações foram as mesmas para um teste de carga em que cronometraram quanto tempo os módulos levaram para preencher uma bateria de 4,18 volts carregada pela metade, com o silício vindo em último por uma margem de mais de um dia e meio.

A equipe estava interessada em saber se o módulo de silício, apesar de seu baixo desempenho em relação aos concorrentes de primeira linha, poderia gerar energia suficiente para operar um dispositivo IoT de baixa demanda, disse Shore.

O dispositivo IoT escolhido para o próximo experimento foi um sensor de temperatura que eles conectaram ao módulo PV de silício, colocado mais uma vez sob um LED. Ao ligar o sensor, os pesquisadores descobriram que ele era capaz de alimentar leituras de temperatura sem fio para um computador próximo, alimentado apenas pelo módulo de silício. Depois de duas horas, eles apagaram a luz da caixa preta e o sensor continuou a funcionar, sua bateria esgotando-se pela metade da taxa necessária para carregar.

& quot; Mesmo com um mini módulo menos eficiente, descobrimos que ainda poderíamos fornecer mais energia do que o sensor sem fio consumido," Shore disse.

Os pesquisadores' descobertas sugerem que um material já onipresente em módulos fotovoltaicos externos pode ser reaproveitado para dispositivos internos com baterias de baixa capacidade. Os resultados são particularmente aplicáveis ​​a edifícios comerciais onde as luzes estão acesas 24 horas por dia. Mas quão bem os dispositivos movidos a energia fotovoltaica funcionariam em espaços que são iluminados apenas intermitentemente durante o dia ou desligados à noite? E quanto de um fator seria a luz ambiente fluindo de fora? Afinal, casas e escritórios não são caixas pretas.

A equipe planeja responder a ambas as questões, primeiro configurando dispositivos de medição de luz no NIST' s Instalação de Teste Residencial de Energia Zero Líquida para obter uma compreensão de qual luz está disponível ao longo do dia em uma residência média, Shore disse. Em seguida, eles' irão replicar as condições de iluminação da casa net-zero no laboratório para descobrir como os dispositivos de IoT alimentados por PV funcionam em um cenário residencial.

Alimentar seus dados em modelos de computador também será importante para prever quanta energia os módulos fotovoltaicos produziriam em ambientes fechados, dado um certo nível de luz, um recurso chave para a implementação econômica da tecnologia.

& quot; Nós' estamos acendendo nossas luzes o tempo todo e à medida que avançamos em direção a edifícios comerciais e residências computadorizados, o PV pode ser uma forma de colher parte da energia luminosa desperdiçada e melhorar nossa eficiência energética ," Shore disse.

Fonte da história:

Materiaisfornecido porInstituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.