Использование «эффекта тени» для выработки электроэнергии

Тени часто ассоциируются с темнотой и неизвестностью. Сейчас исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) дают тени положительный импульс, демонстрируя способ использования этого распространенного, но часто упускаемого из виду оптического эффекта для выработки электроэнергии.

Эта новая концепция открывает новые подходы в производстве "зеленой" энергии в условиях внутреннего освещения для электроники.

Выработка электроэнергии с помощью "эффекта тени"

Команда Департамента материаловедения и инженерии NUS, а также Департамента физики NUS создали устройство, называемое генератором энергии с теневым эффектом (SEG), которое использует контраст в освещении между освещенными и затененными областями для выработки электроэнергии. Об их научном прорыве 15 апреля 2020 года было сообщено в научном журнале " Energy & Environmental Science ".

Подписывайтесь на наш youtube канал!

"Тени существуют повсеместно, и мы часто воспринимаем их как нечто само собой разумеющееся. В традиционных фотоэлектрических или оптоэлектронных системах, где для питания устройств используется постоянный источник света, присутствие теней нежелательно, так как оно ухудшает работу устройств. В этой работе мы использовали световой контраст, вызванный тенями, как косвенный источник энергии. Контраст в освещении индуцирует разницу в напряжении между тенью и освещаемым участком, в результате чего возникает электрический ток. Эта новая концепция сбора энергии в присутствии теней является беспрецедентной", - объясняет руководитель исследовательской группы доцент Тан Сви Чинг (Tan Swee Ching) из отдела материаловедения и инженерии NUS.

Мобильные электронные устройства, такие как смартфоны, смарт-очки и электронные часы, нуждаются в эффективном и непрерывном электропитании. Поскольку эти устройства носят как в помещении, так и на открытом воздухе, носимые источники питания, которые могли бы использовать окружающее освещение, потенциально могут повысить универсальность этих устройств. В то время как коммерчески доступные солнечные батареи могут выполнять эту роль на открытом воздухе, их эффективность использования энергии значительно снижается в условиях внутреннего помещения, где постоянно присутствуют тени. Этот новый подход к поглощению энергии как от освещения, так и от теней, связанный с низкой интенсивностью света, позволяет максимизировать эффективность использования энергии и является очень актуальным и интересным.

Для решения этой технологической задачи команда NUS разработала недорогой, простой в изготовлении модуль SEG, выполняющий две функции:
 1 - преобразовывать контраст освещения от частичного отбрасывания теней в электричество; 
 2 - выполнять функции датчика приближения с автономным питанием для наблюдения за проходящими объектами.

SEG состоит из набора ячеек SEG, расположенных на гибкой и прозрачной пластиковой пленке. Каждая ячейка SEG представляет собой тонкую пленку золота, осажденную на кремниевой подложке. Тщательно сконструированные SEG могут быть изготовлены по более низкой цене по сравнению с коммерческими кремниевыми солнечными батареями. Затем команда провела эксперименты для проверки работоспособности SEG при производстве электроэнергии и в качестве датчика с автономным питанием.

"Когда весь SEG-элемент находится под освещением или в тени, количество вырабатываемого электричества очень мало или вообще не вырабатывается. При освещении части ячейки SEG обнаруживается значительная электрическая мощность. Мы также обнаружили, что оптимальной площадью поверхности для выработки электроэнергии является половина ячейки SEG, а другая половина - в тени, так как это дает достаточную площадь для выработки и сбора заряда соответственно", - сказал руководитель группы, профессор Эндрю Ви (Andrew Wee), сотрудник NUS Physics.

Основываясь на лабораторных экспериментах, четырехэлементный SEG команды в два раза эффективнее по сравнению с коммерческими кремниевыми солнечными батареями, под воздействием сдвигающихся теней. Собранная с помощью SEG энергия при наличии теней, создаваемых в условиях внутреннего освещения, достаточна для питания цифровых часов (т.е. 1,2 В).

Кроме того, команда также показала, что SEG может служить в качестве автономного датчика для мониторинга движущихся объектов. Когда объект проходит мимо SEG, он отбрасывает прерывистующую тень на устройство и запускает датчик для регистрации присутствия и движения объекта.

На пути к более низкой стоимости и большим функциональным возможностям

Команде из шести человек потребовалось четыре месяца, чтобы концептуализировать, разработать и усовершенствовать работу устройства. На следующем этапе исследований команда NUS будет экспериментировать с другими материалами, кроме золота, чтобы снизить стоимость SEG.

Исследователи NUS также рассматривают возможность разработки датчиков с автономным питанием и универсальными функциями, а также носящих SEG-датчики, прикрепленные к одежде, для сбора энергии во время обычной повседневной деятельности. Другим перспективным направлением исследований является разработка недорогих панелей SEG для эффективного сбора энергии из внутреннего освещения. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet