圖片:NIST
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)指的是任何嵌入技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)外部環(huán)境和自身內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行通信和感知或交互的物理對(duì)象網(wǎng)絡(luò)。在這類網(wǎng)絡(luò)中使用的設(shè)備大多是無(wú)線傳感器、控制系統(tǒng),以及用于家庭和建筑自動(dòng)化的技術(shù),而所有這些都要求智能、高效且廉價(jià)的電力形式。
美國(guó)商務(wù)部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)的科學(xué)家們測(cè)試了三種不同的太陽(yáng)能組件技術(shù)為無(wú)線溫度傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電的能力。
該研究小組特別測(cè)試了由12塊獨(dú)立的2 cm × 2 cm的太陽(yáng)能電池制成的三種專為低光能采集所定制的微型組件,它們分別采用硅、磷化鎵銦(GaInP)和砷化鎵(GaAs)材料。這三種組件的電力轉(zhuǎn)換效率分別為9.3%、23.1%和14.1%。
他們使用這些電池板來(lái)給為傳感器供電的低容量電池充電,并“對(duì)所有三種電池技術(shù),都采用三塊電池串聯(lián),再四列電池并聯(lián)的形式,以便提供滿足充電電路的最低電壓要求的電壓,容納電池的基板采用一塊印刷電路板(PCB),每塊電池都有一對(duì)鍍金銅觸點(diǎn)。”
這些組件被放置在一個(gè)暖白色發(fā)光二極管(LED)下方,并置于一個(gè)阻擋外部光源的不透明黑箱里面。LED發(fā)光強(qiáng)度固定為1000勒克斯,相當(dāng)于一個(gè)光線充足的房間里的光線水平??沙潆婁囯x子電池的最大充電電壓為4.2 V,標(biāo)稱充電容量為40 mAh,設(shè)計(jì)工作電壓為3.6 V。這個(gè)美國(guó)研究小組描述說(shuō),“電路設(shè)計(jì)為帶有一個(gè)電容,用于在輸出引腳提供突發(fā)電流,從而為電池充電。”
測(cè)量結(jié)果顯示,GaInP電池板能夠?yàn)殡娐诽峁┳畲蠊β?,達(dá)到3.05 mW,而GaAs和硅面板分別只有1.34 mW和1.36 mW。GaInP組件也能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成電池充電,領(lǐng)先于GaAs和硅組件。
盡管硅面板的效率表現(xiàn)不佳,但研究小組決定對(duì)它進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn),因?yàn)楣杳姘迮c其他兩種技術(shù)相比成本更低。他們嘗試了解這種設(shè)備是否可能適用于低電力需求的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。他們將硅微型組件與一個(gè)功率要求較低的無(wú)線溫度傳感器相連,并置于與之前實(shí)驗(yàn)相同的照明條件下,傳感器被打開(kāi)后,會(huì)由光伏面板供電,并能將溫度讀數(shù)無(wú)線傳送至附近的一臺(tái)計(jì)算機(jī)。
兩小時(shí)后他們關(guān)掉黑箱內(nèi)的光源,保持傳感器繼續(xù)運(yùn)行。在這個(gè)過(guò)程中,電池電量以其充電速度的一半被消耗掉。NIST研究員Andrew Shore表示,“即便使用效率較低的微型組件,我們發(fā)現(xiàn),我們?nèi)匀豢梢蕴峁┍葻o(wú)線傳感器消耗量更多的電量。我們幾乎無(wú)時(shí)無(wú)刻不開(kāi)著燈,隨著我們更多地走向計(jì)算機(jī)化的商業(yè)建筑和家居環(huán)境,光伏可能是收集被浪費(fèi)掉的部分光能,提高我們能源效率的一種方法。”
原標(biāo)題:用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的最佳光伏技術(shù)