Ny type indendørs solceller til smarte tilsluttede enheder

I en fremtid, hvor det meste i vores hverdag er forbundet via internettet, enheder og sensorer skal køre uden ledninger eller batterier. I en ny artikel i Kemisk Videnskab , forskere fra Uppsala Universitet præsenterer en ny type farvefølsomme solceller, der høster lys fra indendørs lamper.

Tingenes internet, eller IoT, henviser til et netværk af fysiske enheder og applikationer forbundet via internettet. Det anslås, at i 2025 mange facetter af vores liv vil blive formidlet gennem 75 milliarder IoT-enheder, hvoraf størstedelen vil blive placeret indendørs. Bred installation af sådanne IoT-enheder kræver, at enhederne bliver autonome, betyder, at de ikke længere skal bruge batterier eller netforbindelse for at fungere. For at opnå dette, det er afgørende at identificere en lokal energikilde med lav vedligeholdelse, der kan levere lokal strøm til IoT-enheder, især under omgivende forhold.

Mod dette mål, et forskerhold ledet af Marina Freitag, adjunkt ved Institut for Kemi, Uppsala Universitet, har udviklet nye indendørs solceller, der kan omdanne op til 34 procent af synligt lys til elektricitet for at drive en lang række IoT-sensorer. Holdet har designet nye farvefølsomme fotovoltaiske celler baseret på en kobberkompleks elektrolyt, hvilket gør dem ideelle til at høste indendørs lys fra fluorescerende lamper og LED'er. De seneste lovende resultater fastslår farvesensibiliserede solceller som førende inden for effektkonverteringseffektivitet til omgivende lysforhold, bedre end konventionelle silicium- og solceller fremstillet af eksotiske materialer.

Forskningen lover at revolutionere indendørs digital sansning til smarte drivhuse, kontorer, hylder, pakker og mange andre smarte hverdagsgenstande til Internet of Things.

"Kendskab til disse lyskilders spektre gør det muligt at indstille specielle farvestoffer til at absorbere indendørs lys. Mens der genereres store mængder energi, disse indendørs solcelleanlæg opretholder også en høj spænding under svagt lys, hvilket er vigtigt for at drive IoT-enheder, siger Freitag.

I samarbejde med det tekniske universitet i München, forskerne har yderligere designet et adaptivt 'power management'-system til solcelledrevne IoT-sensorer. I modsætning til deres batteribegrænsede modparter, de lysdrevne enheder nærer sig intelligent fra mængden af ​​tilgængeligt lys. Beregningsmæssige arbejdsbelastninger udføres i henhold til belysningsniveauet, minimere energitab under opbevaring og dermed udnytte al lysenergi til det maksimale af dens tilgængelighed. Kombinerer kunstig intelligens og automatiseret læring, solcellesystemet kan således reducere energiforbruget, batterispild og bidrage til at forbedre generelle levevilkår.

I fremtiden, videnskabsmænd forventer, at milliarder af IoT-enheder, selvdrevet af indendørs solceller, vil levere alt fra miljøinformation til menneske-maskine og maskine-maskine-kommunikation. Sådanne avancerede sensorer kan yderligere forbedre den næste bølge af robotteknologi og autonome systemer, der i øjeblikket er under udvikling.

"Ambient light harvesters giver en ny generation af selvdrevne og smarte IoT-enheder drevet af en energikilde, der stort set er uudnyttet. Kombinationen af ​​høj effektivitet og lave omkostninger med ikke-giftige materialer til indendørs solcelleanlæg er af afgørende betydning for IoT-bæredygtighed, siger Freitag.