Преобразование света в энергию: новые решения для умных устройств

Исследователи из Университета Саймона Фрейзера (SFU) разработали инновационную систему стандартизации, которая призвана устранить давние расхождения в тестировании внутренних солнечных технологий. Это позволит проводить надежные измерения эффективности и ускорить прогресс в создании практичных и устойчивых решений для сбора энергии в помещении.

Работа, возглавляемая профессором Винченцо Пекуниа и его командой из Исследовательской группы по устойчивой оптоэлектронике SFU, фокусируется на решении актуальной проблемы питания умных устройств. В настоящее время они в значительной степени полагаются на одноразовые батареи, которые способствуют загрязнению окружающей среды из-за токсичных химикатов и образования отходов.

Внутренние фотовольтаические элементы (IPV) представляют собой перспективное решение этой растущей проблемы. Они генерируют энергию, собирая окружающий свет в помещении, что способствует более широкому внедрению умных устройств и делает наши дома и города более комфортными, интеллектуальными и устойчивыми.

Однако оценка производительности IPV осложняется изменчивостью условий внутреннего освещения. В отличие от наружных солнечных панелей, тестируемых при постоянном солнечном свете, внутреннее освещение сильно варьируется в зависимости от источника света: его формы, размера, спектра, положения и яркости. Это приводит к тому, что измерения эффективности IPV часто бывают непоследовательными и могут вводить в заблуждение. Отсутствие надежных стандартов измерения лишает потребителей уверенности в заявленных характеристиках, а разработчиков устройств — четких ориентиров.

«Развитие IPV требует точных, сопоставимых данных о производительности, которым мешают несоответствия в методах характеризации и бенчмаркинга, — отмечает Пекуниа. — Сейчас в этой области наблюдается кризис надежности, поскольку заявленные достижения часто скрываются за неточностями измерений».

Чтобы решить эту проблему, команда Пекуниа исследовала, как различные конфигурации и протоколы тестирования могут искажать результаты эффективности IPV. Они обнаружили, что измерения производительности IPV становятся ненадежными при рассеянном или диффузном свете — типе освещения, часто встречающемся в помещениях.

В качестве решения команда разработала стратегии для надежной количественной оценки эффективности IPV в условиях повседневного освещения, обеспечивая при этом справедливое сравнение производительности между различными лабораториями. Еще одной проблемой, которую удалось решить, была стандартизация измерений IPV при огромном разнообразии спектров внутреннего освещения. Исследователи выяснили, что простого обозначения лампы как «теплый белый» или «холодный белый» или указания ее «цветовой температуры» недостаточно, поскольку существуют сотни вариантов каждого типа.

Их решение включает использование универсальной «эталонной ячейки», которая действует как преобразователь для стандартизации условий внутреннего освещения, обеспечивая последовательное сравнение производительности IPV между лабораториями. Предоставляя инновационные идеи, рекомендации и протоколы для надежного тестирования IPV, команда надеется ускорить прогресс в области эффективного сбора энергии в помещениях. Их цель — будущее, в котором эти устройства будут незаметно питать технологии, делающие наши дома, рабочие места и города более «умными» и устойчивыми.