Солнечные батареи обычно устанавливаются на улице. Для получения чистой энергии с помощью этих технологий необходим только свет. Батареи производят много энергии, как днем, так и ночью, чистая, устойчивая и практически бесплатная энергия. В последние годы многие работают над разработкой внутренних фотоэлектрических панелей, перерабатывающие всю энергию от света, присутствующего внутри домов, офисов, общественных зданий.
Будущее
Мы освещали наши дома на протяжении веков. Так почему же интерес к внутренним фотоэлектрическим панелям появился совсем недавно?
Будущее - это взаимосвязанная сеть датчиков, устройств, передатчиков, призванных изменить нашу жизнь. Множество устройств связаны друг с другом и постоянно находятся в рабочем состоянии, а для этого нужна энергия, совсем немного если рассматривать по отдельности, но огромное количество для миллионов семей.
Идеальное решение - свет, который после переработки из мини- солнечной панели может преобразоваться в новую энергию для питания датчиков и устройств умных домах. Жаль вещи никогда не бывают такими простыми, как кажутся.
Солнечные панели
Солнечные панели на протяжении многих лет используют сложные технологии для работы на открытом воздухе. Но они не так эффективны в помещении.
«На солнце поликристаллическая кремниевая панель, наиболее распространенная технология для наружных установок, имеет эффективность, которая в реальном использовании составляет около 15%: то есть она преобразует 15% падающей энергии в электричество», - объясняет Томас Браун. «Но если поместить его в помещение, эффективность резко упадет до 4%».
Эффективность солнечной панели зависит от спектра и интенсивности света, который на нее попадает, и между искусственным освещением и солнечным светом существует большая разница.
Спектр солнечного света имеет пик в видимом диапазоне на длинах волн около 500 нанометров, но около половины фотонов, составляющих его, находятся в инфракрасном диапазоне. Искусственные светильники, предназначены для того, чтобы производить свет в видимом спектре, чтобы уменьшить количество отходов и потребление. Наружные солнечные панели в помещении менее эффективны.
Солнечные батареи в калькуляторах или цифровых часов, имеют не самую лучшую производительность в помещении. В них обычно используются аморфные кремниевые элементы, которые в условиях домашнего освещения не превышают 9-10% эффективности. Новые фотоэлектрические элементы, специально разработаны для оптимизации мощности в условиях внутреннего освещения.
Органический солнечный элемент
Ученые из Пекинского университета в Швеции использовали другую технологию, чем более традиционный кремний, для изготовления своих солнечных элементов.
Они решили сделать так называемый органический солнечный элемент, в котором вместо кремния используются полимеры, органические полупроводники и другие углеродные соединения в качестве активного материала. Выбирая конкретную смесь материалов, они оптимизировали выход своих фотоэлектрических элементов для работы в условиях искусственного освещения.
И затем испытали их при интенсивности света в помещениях с очень интенсивным искусственным освещением, таких как супермаркет или телевизионная студия, двух видов: панели в 1 кв.см и 4 квадратных сантиметра. Для небольшой панели исследователи достигли эффективности в 26,1% , а для большей остановилась на 23% .
Другие технологии
Браун долгое время разрабатывал фотоэлектрические элементы для внутреннего использования, используя технологию другого типа: перовскит. Это соединения с особой кристаллической структурой, включающей ионы йода, свинца и органический ион.
При использовании на улице эффективность 25% , но еще не стабильна. Чтобы быть конкурентоспособным, разработка должна гарантировать стабильную работу в течение десятилетий, подвергаясь воздействию высоких температур, различных погодных условий.
Первоначально перовскитные панели, разработанные Брауном, имели эффективность 12% в условиях домашнего освещения. Но с последним прототипом, представленным в прошлом году эффективность достигла 27% при освещенности 200 люкс и около 20% с прямым воздействием солнца.
Вопрос о цифрах
Получив данные, Браун также рассчитал, какие размеры должны иметь его фотоэлектрические панели для питания различных типов электронных устройств. Для датчиков с низким энергопотреблением, таких как датчики температуры, контроля воздуха или влажности, потребуется 3 с половиной сантиметра на 3 с половиной сантиметра при наличии 200 люкс со светодиодными лампами и около 2 × 2 см при 500 люкс (наиболее освещенные участки, например коридоры).
Для датчиков, которые требуют немного больше энергии, таких как датчики движения , вы получаете чуть более 5 × 5 при 200 люкс и 3 × 3 при 500. А для еще более сложных устройств, камеры безопасности, вы получаете области (соответственно) 7 × 7 и 4 × 4.
При должном интересе со стороны компаний технологии могут быть быстро расширены для промышленного производства.