Hartmut Schumacher 8 listopada 2024 r
Ładowanie urządzeń elektronicznych za pomocą światła słonecznego nie jest pomysłem zupełnie nowym: kalkulatory i zegarki na rękę z ogniwami słonecznymi istnieją już od lat 70. XX wieku. Jednakże takie małe ogniwa słoneczne wytwarzają stosunkowo mało energii elektrycznej i dlatego nie nadają się do stosowania w urządzeniach bardziej energochłonnych.
Jednak w ostatnich latach nastąpił rozwój technologiczny, który może to zmienić. Na przykład szwedzka firma Exeger (www.exeger.com) zaprojektowała ogniwa słoneczne pod nazwą Powerfoyle, które są nie tylko bardziej produktywne, ale także cieńsze, solidniejsze i bardziej elastyczne niż konwencjonalne ogniwa słoneczne.
Ogniwa słoneczne Powerfoyle to barwnikowe ogniwa słoneczne, których zasada została opracowana w 1988 roku. Dlatego nie używają już materiałów półprzewodnikowych do pochłaniania światła, ale raczej barwników organicznych.
Cechą szczególną ogniw słonecznych Powerfoyle jest to, że w elektrodach zastosowano nowo opracowany materiał, który ma podobno 1000 razy wyższą przewodność. Producent milczy jednak na temat szczegółów tego materiału.
Zdjęcie: Exeger
Nieskończona energia?
Ogniwa Powerfoyle osiągają dobre wyniki nie tylko w świetle słonecznym, ale także w świetle sztucznym. W szczególności: ogniwo dostarcza napięcie nieco poniżej 0,6 wolta. Moc wyjściowa wynosi 6 mikrowatów na centymetr kwadratowy przy natężeniu oświetlenia 100 luksów (co zwykle odpowiada oświetleniu w salonie). Przy 1000 luksów jest to 54 mikrowaty.
Szeroki asortyment produktów
Dostępne już urządzenia wykorzystujące ogniwa słoneczne Powerfoyle obejmują słuchawki, piloty i kask rowerowy z automatycznym tylnym światłem.
Obraz: Ćwiczenia
Ogniwa słoneczne Powerfoyle przeznaczone są do stosowania m.in. w słuchawkach, głośnikach przenośnych, czytnikach e-booków, myszach, klawiaturach, pilotach, czujnikach i cennikach cyfrowych. W zależności od zapotrzebowania urządzeń na energię elektryczną, ogniwa słoneczne mogą służyć jako jedyne źródło energii lub (częściej) jako uzupełnienie konwencjonalnego źródła energii w celu wydłużenia czasu pracy urządzeń – najlepiej do nieskończoności. Niezależnie od tego, czy aktualnie korzystasz z takiego urządzenia, czy też leży ono nieużywane: ogniwo słoneczne ładuje akumulator, który następnie dba o to, aby w razie potrzeby dostępny był niezbędny prąd.
Ogniwa Powerfoyle mogą być produkowane w niemal dowolnym kształcie i rozmiarze – od 15 do 500 centymetrów kwadratowych. Ogniwa można również bardzo łatwo dostosować pod względem wyglądu: ich powierzchnia może wyglądać między innymi jak plastik, skóra, stal, tkanina lub drewno. Oznacza to, że można je dyskretnie zintegrować z wieloma typami urządzeń. Dzięki swojej dużej elastyczności nadają się również do zakrzywionych powierzchni, takich jak opaski na głowę słuchawek.
Większa wygoda – i większa trwałość
Po pierwsze, możliwość przynajmniej częściowego pokrycia zapotrzebowania energetycznego elektroniki użytkowej za pomocą światła otoczenia zapewnia większą wygodę. Ponieważ użytkownicy muszą rzadziej wymieniać baterie (lub najlepiej nigdy więcej). Po drugie, zapewnia większą trwałość. Ponieważ używanie konwencjonalnych baterii wcale nie jest przyjazne dla środowiska: według obliczeń firmy Samsung co roku na całym świecie zużywamy około 3,15 miliarda baterii do samych pilotów do telewizorów. Prowadzi to do emisji 192 150 ton gazów cieplarnianych (wg Ambient Photonics). Nie jest to kwota porażająca w porównaniu na przykład z 760 milionami ton dwutlenku węgla, które (według danych Federalnego Urzędu Statystycznego) powstają każdego roku w ruchu drogowym w UE. Ale jeśli możesz poprawić przyjazność dla środowiska elektroniki użytkowej bez większego wysiłku, powinieneś to zrobić.
Dostępne urządzenia
Następujące produkty z ogniwami słonecznymi Powerfoyle są już dostępne lub przynajmniej będą dostępne w najbliższej przyszłości:
• Wodoodporne słuchawki Philips A6219 On-Ear Go przeznaczone dla sportowców i wykonane w 35% z plastiku pochodzącego z recyklingu
• Słuchawki Urbanista Los Angeles obsługujące asystentów głosowych firm Google i Apple
• Słuchawki RPT-02 Sol firmy Adidas, które są bryzgoszczelne i wykonane w 87% z plastiku pochodzącego z recyklingu
• Słuchawki Urbanista Phoenix, umożliwiające redukcję głośności otoczenia
• Głośnik Bluetooth Malibu firmy Urbanista, który jest wodoodporny i można go połączyć z drugim modelem, aby uzyskać dźwięk stereo
• zestaw słuchawkowy Peltor WS Alert XPV firmy 3M, który posiada również funkcje komunikacyjne
• Kilka aparatów słuchowych Voxx firmy RCA
• pilot do telewizora Omni Remotes Model P+, który zużywa niewiele energii i obsługuje polecenia głosowe
• pilot do telewizora Philips
• kask rowerowy Omne Eternal firmy POC, który posiada wbudowaną lampkę tylną, która włącza się automatycznie w ciemności
• Cyfrowe metki cenowe EdgeSense firmy VusionGroup, przeznaczone do użytku detalicznego
Konkurencja z USA
Amerykańska firma Ambient Photonics (ambientphotonics.com) produkuje również cienkie ogniwa słoneczne przeznaczone do generowania energii dla elektroniki użytkowej przy słabym oświetleniu. Ogniwa te są również barwnikowymi ogniwami słonecznymi.
Aby zwiększyć efektywność ogniw słonecznych, firma opracowała szereg nowatorskich cząsteczek organicznych, które umożliwiają produkcję barwników „zmieniających zasady gry”. Barwniki te są w stanie absorbować światło w całym widzialnym spektrum elektromagnetycznym, osiągając „najwyższą możliwą wydajność”.
Ogniwa słoneczne mogą być produkowane w rozmiarach od 3,25 do 75 centymetrów kwadratowych. Specjalna konstrukcja ogniwa słonecznego jest w stanie gromadzić energię słoneczną zarówno przodem, jak i tyłem, co dodatkowo zwiększa jego wydajność.
Karta katalogowa ogniwa słonecznego podaje napięcie około 0,9 V i moc wyjściową 2,42 mikrowata (w przeliczeniu na centymetr kwadratowy) przy natężeniu oświetlenia w ciemności 25 luksów. Przy 100 luksach moc wyjściowa wynosi 7,56 mikrowata, przy 1000 luksów 67, 82 mikrowatów. . Dwustronna konstrukcja ogniwa słonecznego zapewnia w idealnym przypadku 1,5 razy większą moc.
„Energia to metazasób – klucz, który umożliwia producentom elektroniki uwolnienie pełnego, wszechobecnego potencjału podłączonych urządzeń” – wyjaśnia Bates Marshall, dyrektor generalny i współzałożyciel Ambient Photonics. „Energia ze światła otoczenia jest kluczem do wydajnego i zrównoważonego działania, zapobiegającego trafianiu miliardów baterii na wysypiska śmieci i umożliwiając firmom minimalizację emisji gazów cieplarnianych”.
Planowane produkty
Planowane urządzenia wykorzystujące ogniwa słoneczne Ambient Photonics obejmują mysz komputerową Ambient Solar Mouse firmy Primax i kilka pilotów Universal Electronics. Producent Chicony pracuje nad bezprzewodową klawiaturą, która wykorzystuje również fotoniczne ogniwa słoneczne otoczenia.
Wraz z firmą E Ink firma Ambient Photonics pracuje nad cyfrowymi metkami cenowymi dla sprzedawców detalicznych. I na koniec, (do tej pory owiany tajemnicą) produkt Google dla konsumentów końcowych, który wykorzystuje ogniwa słoneczne firmy Ambient Photonics, ma pojawić się na rynku w 2024 r.
Cyfrowa informacja dla klientów
Ogniwa słoneczne firm Exeger i Ambient Photonics zostaną zintegrowane z cyfrowymi metkami cenowymi do użytku w handlu detalicznym.
Obraz: Fotonika otoczenia
Pozyskiwanie energii: prąd praktycznie z niczego
Kiedy energia elektryczna wymagana do działania urządzenia jest pozyskiwana z otoczenia urządzenia, nazywa się to „zbieraniem energii”. Dużą zaletą pozyskiwania energii jest to, że nie ma potrzeby układania kabli zasilających ani ładowania lub wymiany akumulatorów. To sprawia, że metoda ta jest interesująca między innymi w przypadku Internetu rzeczy, a także urządzeń do noszenia. Jednakże ilość energii elektrycznej, którą można wytworzyć w drodze pozyskiwania energii, jest zwykle bardzo mała, dlatego w ten sposób można zasilać energię jedynie stosunkowo oszczędnych urządzeń.
Fotowoltaika wykorzystująca ogniwa słoneczne jest najpowszechniejszą formą wytwarzania tego typu energii. Ale są też inne formy:
Między innymi istnieje możliwość zamiany ruchu lub ciśnienia na energię elektryczną za pomocą generatorów piezoelektrycznych. Wykorzystuje to fakt, że na ich powierzchni powstają ładunki elektryczne, gdy niektóre kryształy ulegają mechanicznemu odkształceniu. Dzięki generatorom tego typu wibracje występujące na maszynach można wykorzystać np. do zasilania urządzeń energią. Z drugiej strony generatory termoelektryczne wykorzystują różnice temperatur do wytwarzania energii elektrycznej. Wykorzystuje się je między innymi w sondach kosmicznych, kuchenkach kempingowych i czujnikach w odległych obszarach.
Można także gromadzić i wykorzystywać energię zawartą w promieniowaniu elektromagnetycznym (np. falach radiowych). Wykorzystuje się to na przykład w pasywnych transponderach RFID, takich jak te zawarte w dowodach osobistych, chipach do identyfikacji zwierząt, etykietach produktów i biletach transportu publicznego. Transpondery te nie mają własnego źródła zasilania, lecz pobierają energię potrzebną do przesłania danych z pola elektromagnetycznego czytnika RFID. Pole to generuje prąd w antenie transportera poprzez indukcję.
Moc dla Internetu rzeczy
Ten piezoelektryczny przetwornik drgań firmy Fraunhofer IIS może przekształcić nawet najmniejsze wibracje w energię elektryczną, aby zasilić czujniki monitorujące budynek.
Obraz: Kurt Fuchs/Fraunhofer IIS