Kølemekanisme øger solenergihøsten for selvdrevne udendørssensorer

Sensorer placeret i miljøet tilbringer lange perioder udendørs under alle vejrforhold, og de skal løbende strømme sig selv for at indsamle data. Mange, som fotovoltaiske celler, bruge solen til at producere elektricitet, men at drive udendørs sensorer om natten er en udfordring.

Termoelektriske enheder, som bruger temperaturforskellen mellem toppen og bunden af ​​enheden til at generere strøm, give et løfte om at udnytte naturligt forekommende energi. Men, på trods af at de er mere effektive end solceller, mange termoelektriske enheder vender tegnet på deres spænding, hvilket betyder, at den elektriske strøm ændrer retningen af ​​dens strømning, når omgivelsernes temperaturer ændrer sig, så spændingen falder til nul mindst to gange om dagen.

"Tegnet for den termoelektriske enhed afhænger af temperaturforskellen mellem toppen og bunden af ​​enheden, " sagde forfatter Satoshi Ishii. "Køling kan bruges til at skabe en temperaturforskel sammenlignet med den omgivende temperatur, og hvis der er en temperaturforskel, termoelektrisk produktion er mulig."

I en undersøgelse offentliggjort i denne uge i Anvendt fysik bogstaver , Forfatterne testede en termoelektrisk enhed bestående af en bølgelængdeselektiv emitter, der konstant afkøler enheden i løbet af dagen ved hjælp af strålingskøling, spredningen af ​​termisk energi fra enheden til luften. Som resultat, toppen af ​​enheden er køligere end bunden, forårsager en temperaturforskel, der skaber konstant spænding gennem dag og nat og forskellige vejrforhold.

Forfatterne sammenlignede en bredbåndssender med en selektiv sender, ved at vise den selektive emitter undgår man problemet med, at spændingen falder til nul under miljøændringer i temperatur.

"For den selektive emitter, det er bedst at have emissivitet tæt på enhed i det atmosfæriske vindue, cirka 8 til 13 mikrometer, hvor den atmosfæriske transmittans er høj, og termisk emission effektivt kan stråle ud i rummet, hvilket igen køler enheden, " sagde Ishii.

Enheden, de testede, består af en 100 nanometer tyk aluminiumsfilm på bunden af ​​et glassubstrat. Forfatterne opdagede, at andre varmekilder, såsom taget, hvor en sensor kan være monteret, kan øge dens evne til at generere spænding.

"En stor temperaturforskel resulterer i en stor termoelektrisk spænding, " sagde Ishii. "Brug af varmen på bagsiden af ​​enheden gør temperaturforskellen mellem bunden og toppen større, så varme bagved enheden er gavnlig for termoelektrisk produktion."