La technologie solaire commune peut alimenter des appareils intelligents à l’intérieur

La technologie solaire commune peut alimenter des appareils intelligents à l'intérieur, selon une étude du NIST

Le chercheur du NIST, Andrew Shore, tient un appareil solaire miniature à haute efficacité qui charge un capteur en utilisant la lumière intérieure comme source d’énergie. Crédit : NIST

Chaque fois que vous allumez une lumière à la maison ou au bureau, vous dépensez de l’énergie. Mais et si actionner l’interrupteur signifiait aussi produire de l’énergie ?

Nous pensons généralement aux cellules solaires ou photovoltaïques (PV) fixées sur les toits, convertissant la lumière du soleil en électricité, mais amener cette technologie à l’intérieur pourrait encore augmenter l’efficacité énergétique des bâtiments et dynamiser des pans de technologies intelligentes sans fil telles que les détecteurs de fumée, les caméras et la température. capteurs, également appelés appareils Internet des objets (IoT). Maintenant, une étude du National Institute of Standards and Technology (NIST) suggère qu’une approche simple pour capturer la lumière à l’intérieur peut être à portée de main. Les chercheurs du NIST ont testé la capacité de charge intérieure de petits appareils photovoltaïques modulaires faits de différents matériaux, puis ont connecté le module le moins efficace, composé de silicium, à un capteur de température sans fil.

Les résultats de l’équipe, publiés dans la revue Sciences et ingénierie de l’énergie, démontrent que le module de silicium, absorbant uniquement la lumière d’une LED, fournissait plus de puissance que le capteur consommé en fonctionnement. Ce résultat suggère que l’appareil pourrait fonctionner en continu pendant que les lumières restent allumées, ce qui éliminerait la nécessité pour quelqu’un d’échanger ou de recharger manuellement la batterie.

« Les gens sur le terrain ont supposé qu’il était possible d’alimenter des appareils IoT avec des modules photovoltaïques à long terme, mais nous n’avons pas vraiment vu les données à l’appui avant maintenant, c’est donc une sorte de première étape pour dire que nous pouvons tirer arrêtez-vous », a déclaré Andrew Shore, ingénieur en mécanique du NIST et auteur principal de l’étude.

La plupart des bâtiments sont éclairés par un mélange de sources de lumière solaire et artificielle pendant la journée. Au crépuscule, ces derniers pourraient continuer à fournir de l’énergie aux appareils. Cependant, la lumière provenant de sources intérieures courantes, telles que les LED, couvre un spectre de lumière plus étroit que les bandes plus larges émises par le soleil, et certains matériaux de cellules solaires capturent mieux ces longueurs d’onde que d’autres.

Pour savoir exactement comment s’empileraient quelques matériaux différents, Shore et ses collègues ont testé des mini-modules PV en phosphure de gallium et d’indium (GaInP), en arséniure de gallium (GaAs) – deux matériaux orientés vers la lumière LED blanche – et en silicium, un matériau moins efficace. mais du matériel plus abordable et banal.

Les chercheurs ont placé les modules de quelques centimètres de large sous une LED blanche, logée à l’intérieur d’une boîte noire opaque pour bloquer les sources lumineuses externes. La LED a produit de la lumière à une intensité fixe de 1000 lux, comparable aux niveaux de lumière dans une pièce bien éclairée, pendant la durée des expériences. Pour les modules PV en silicium et GaAs, le trempage dans la lumière intérieure s’est avéré moins efficace que le soleil, mais le module GaInP s’est beaucoup mieux comporté sous la LED que la lumière du soleil. Les modules GaInP et GaAs ont tous deux largement dépassé le silicium à l’intérieur, convertissant respectivement 23,1 % et 14,1 % de la lumière LED en énergie électrique, par rapport à l’efficacité de conversion de puissance de 9,3 % du silicium.

La technologie solaire commune peut alimenter des appareils intelligents à l'intérieur, selon une étude du NIST

Des chercheurs du NIST ont testé des modules solaires miniatures constitués de trois matériaux différents sous lumière artificielle. Les modules (de gauche à droite) étaient constitués de silicium, d’arséniure de gallium et de phosphure de gallium et d’indium. Crédit : NIST

Sans surprise pour les chercheurs, le classement était le même pour un test de charge dans lequel ils ont chronométré le temps qu’il a fallu aux modules pour remplir une batterie de 4,18 volts à moitié chargée, le silicium arrivant en dernier avec une marge de plus d’un jour et demi.

L’équipe souhaitait savoir si le module de silicium, malgré ses faibles performances par rapport à ses concurrents haut de gamme, pouvait générer suffisamment d’énergie pour faire fonctionner un appareil IoT à faible demande, a déclaré Shore.

Leur dispositif IoT de choix pour la prochaine expérience était un capteur de température qu’ils ont connecté au module PV en silicium, placé une fois de plus sous une LED. En allumant le capteur, les chercheurs ont découvert qu’il était capable de transmettre sans fil les relevés de température à un ordinateur situé à proximité, alimenté par le seul module en silicium. Après deux heures, ils ont éteint la lumière dans la boîte noire et le capteur a continué à fonctionner, sa batterie s’épuisant à la moitié de la vitesse de charge.

« Même avec un mini module moins efficace, nous avons constaté que nous pouvions toujours fournir plus d’énergie que le capteur sans fil consommé », a déclaré Shore.

Les résultats des chercheurs suggèrent qu’un matériau déjà omniprésent dans les modules photovoltaïques extérieurs pourrait être réutilisé pour les appareils intérieurs dotés de batteries de faible capacité. Les résultats sont particulièrement applicables aux bâtiments commerciaux où les lumières sont allumées 24 heures sur 24. Mais dans quelle mesure les appareils photovoltaïques fonctionneraient-ils dans des espaces qui ne sont éclairés que par intermittence tout au long de la journée ou éteints la nuit ? Et dans quelle mesure la lumière ambiante venant de l’extérieur serait-elle un facteur ? Les maisons et les bureaux ne sont pas des boîtes noires après tout.

L’équipe prévoit de s’attaquer aux deux questions, d’abord en installant des appareils de mesure de la lumière dans l’installation de test résidentielle à énergie nette zéro du NIST pour comprendre quelle lumière est disponible tout au long de la journée dans une résidence moyenne, a déclaré Shore. Ensuite, ils reproduiront les conditions d’éclairage de la maison nette zéro dans le laboratoire pour découvrir comment les appareils IoT alimentés par PV fonctionnent dans un scénario résidentiel.

L’introduction de leurs données dans des modèles informatiques sera également importante pour prédire la quantité d’énergie que les modules photovoltaïques produiraient à l’intérieur avec un certain niveau de lumière, une capacité clé pour une mise en œuvre rentable de la technologie.

« Nous allumons nos lumières tout le temps et à mesure que nous nous dirigeons de plus en plus vers des bâtiments commerciaux et des maisons informatisés, le PV pourrait être un moyen de récupérer une partie de l’énergie lumineuse gaspillée et d’améliorer notre efficacité énergétique », a déclaré Shore.


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Plus d’information:
Andrew Shore et al, Récupération d’énergie lumineuse intérieure pour capteurs alimentés par batterie à l’aide de petits modules photovoltaïques, Sciences et ingénierie de l’énergie (2021). DOI : 10.1002 / ese3.964

Fourni par l’Institut national des normes et de la technologie

Citation: La technologie solaire commune peut alimenter des appareils intelligents à l’intérieur (2021, 19 août) récupéré le 19 août 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-08-common-solar-tech-power-smart.html

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