octubre 18, 2021

Las células solares de próxima generación pueden aprovechar la iluminación interior para dispositivos de IoT

Las células solares sensibilizadas con perovskita y colorantes podrían alimentar de manera eficiente los dispositivos interiores y reducir el desperdicio de baterías.

Miles de millones de dispositivos conectados a Internet ahora adornan nuestras paredes y techos, detectando, monitoreando y transmitiendo datos a tel√©fonos inteligentes y servidores remotos. 

A medida que proliferan los dispositivos, también lo hace su demanda de electricidad y la necesidad de baterías domésticas, la mayoría de las cuales terminan en vertederos. Para combatir el desperdicio, los investigadores están ideando nuevos tipos de células solares que pueden recolectar energía de las luces interiores que ya estamos usando.

células solares ayudan al desperdicio de baterías.

El material dominante utilizado en las c√©lulas solares de hoy, el silicio cristalino, no funciona tan bien bajo las l√°mparas como bajo el sol abrasador. Pero las alternativas emergentes, como las c√©lulas solares de perovskita y los materiales sensibilizados con colorantes, pueden resultar significativamente m√°s eficientes para convertir la iluminaci√≥n artificial en energ√≠a el√©ctrica

Celulas solares de perovskita

Un grupo de investigadores de Italia, Alemania y Colombia est√° desarrollando c√©lulas solares de perovskita flexibles espec√≠ficamente para dispositivos de interior. En pruebas recientes, su celda solar de pel√≠cula delgada proporcion√≥ eficiencias de conversi√≥n de energ√≠a de m√°s del 20 por ciento por debajo de 200 lux, la cantidad t√≠pica de iluminaci√≥n en los hogares. 

Eso es aproximadamente el triple de la eficiencia interior del silicio policristalino, seg√ļn Thomas Brown, l√≠der del proyecto y profesor de ingenier√≠a en la Universidad de Roma Tor Vergata.

Los resultados, son las eficiencias m√°s altas reportadas para cualquier tecnolog√≠a de celda solar flexible para interiores, dijo Brown. La tecnolog√≠a de silicio amorfo, que se utiliza en productos comerciales como calculadoras, es solo un 9 por ciento de eficiencia en capas flexibles.

¬ęSe est√° produciendo una revoluci√≥n con Internet de las cosas¬Ľ, dijo Brown. Se imagin√≥ integrando las celdas ultraligeras en termostatos inal√°mbricos, alarmas de incendio, c√°maras de seguridad y otros sensores de baja potencia. Cuando las c√©lulas solares se combinan con un dispositivo de almacenamiento de energ√≠a,  ¬ęeso disminuir√≠a o eliminar√≠a el uso de bater√≠as reemplazables¬Ľ, dice.

Un área de investigación fotovoltaica en rápido crecimiento

Las perovskitas, un √°rea de investigaci√≥n fotovoltaica en r√°pido crecimiento, son un h√≠brido de compuestos org√°nicos, metales y haluros, con estructuras cristalinas que reflejan las del mineral √≥xido de calcio y titanio. 

Las empresas y universidades están compitiendo para convertir los materiales de bajo costo y fáciles de producir en células solares duraderas y estables, con la esperanza de hacer que la energía renovable sea más asequible y abundante en todo el mundo.

En los √ļltimos a√Īos, el equipo de Brown en Roma ha fabricado c√©lulas solares de perovskita flexibles utilizando procedimientos de baja temperatura. 

En 2018, comenzaron a aplicar las c√©lulas solares a una pieza de vidrio flexible de 100 micr√≥metros de espesor, recubierta con √≥xido de indio y esta√Īo (ITO), proporcionada por el Instituto Fraunhofer de Electr√≥nica Org√°nica, Tecnolog√≠a de Rayo de Electrones y Plasma. (ITO es una fina capa transparente que es conductora de electricidad).  El grupo italiano luego expuso las c√©lulas solares a diferentes intensidades de iluminaci√≥n interior.

Descubrieron que, en las pruebas de vida √ļtil, las c√©lulas solares no encapsuladas retuvieron el 80 por ciento de su eficiencia inicial de conversi√≥n de energ√≠a durante m√°s de 100 d√≠as. Sin embargo, el rendimiento disminuy√≥ m√°s r√°pidamente despu√©s de ese per√≠odo. 

Se requiere células fotovoltaicas de alta duración

Para integrarse en los dispositivos de IoT, las c√©lulas fotovoltaicas de interior deber√°n durar al menos de cinco a diez a√Īos, aproximadamente el momento en que las personas suelen actualizar los dispositivos electr√≥nicos, dijo Brown.

células solares se podrán usar en interiores

Las c√©lulas solares de perovskita en general pueden degradarse cuando se exponen a la humedad, temperaturas extremas, luz ultravioleta, ox√≠geno y otros elementos. Tales desaf√≠os se amplifican cuando la tecnolog√≠a se usa en el exterior,  donde el medio ambiente es menos tolerante y donde se espera que los paneles solares duren d√©cadas.

‚ÄúA menudo le digo a la gente que, en el contexto de la energ√≠a fotovoltaica, su iPhone es un dispositivo maravilloso, pero si lo coloca en el techo durante 30 a√Īos, no creo que espere que siga funcionando‚ÄĚ, dijo Joe Berry. , cient√≠fico investigador senior del Laboratorio Nacional de Energ√≠a Renovable del Departamento de Energ√≠a de EE. UU . ¬ęEso es lo que hacemos con las c√©lulas solares y esperamos que sobrevivan durante 30 a√Īos¬Ľ.

Berry es director del Consorcio de Fabricaci√≥n de Perovskitas Avanzadas de EE. UU. , Que re√ļne a laboratorios gubernamentales, instituciones acad√©micas y empresas para acelerar el desarrollo de la nueva tecnolog√≠a solar. 

Dado que es probable que los peque√Īos dispositivos de interior lleguen primero a los estantes, Berry dijo que los primeros usos de las perovskitas podr√≠an guiar a los investigadores y fabricantes en el desarrollo de c√©lulas para aplicaciones exteriores de mayor volumen y mayor escala.

Las c√©lulas de perovskita no son el √ļnico material que se observa en la energ√≠a fotovoltaica de interior. 

Celulas solares Grätzel

Un equipo de investigaci√≥n europeo dirigido por Marina Freitag est√° desarrollando c√©lulas solares sensibilizadas por colorante (tambi√©n conocidas como c√©lula Gr√§tzel) basadas en un electrolito de complejo de cobre.  El grupo recientemente prob√≥ sus c√©lulas en un cuadrado delgado de vidrio conductor. 

Descubrieron que  las c√©lulas solares convert√≠an el 34 por ciento de la luz ambiental en electricidad a intensidades de 1000 lux  y el 31,4 por ciento a 200 lux de una l√°mpara fluorescente

Dijo que  la √ļltima tecnolog√≠a  puede tener la ventaja en interiores, donde las celdas  pueden mantener altos voltajes y alta sensibilidad a la luz en entornos con poca luz de hogares, oficinas, f√°bricas y espacios comerciales. 

¬ęPuede mezclar y combinar los tintes para adaptarse al espectro de luz interior¬Ľ, dijo Freitag. ¬ęPuede adaptar el sistema muy f√°cilmente¬Ľ.

Dispositivos capaces de recopital, transmitir y procesar datos cuando hay m√°s luz disponible

El equipo de Freitag tambi√©n colabor√≥ ‚Äč‚Äčcon la Universidad T√©cnica de M√ļnich para ayudar a desarrollar dispositivos inteligentes de IoT autoamplificados que son capaces de recopilar, transmitir y procesar datos cuando hay m√°s luz disponible. 

Los dispositivos duermen intermitentemente entre completar sus cargas de trabajo y pueden dormir m√°s cuando hay menos luz disponible, como durante las noches y los fines de semana en un edificio de oficinas, evitando as√≠ la necesidad de bater√≠as y minimizando la p√©rdida de energ√≠a. 

Al igual que sus compa√Īeros en perovskitas, Freitag dijo que trabajar√° a continuaci√≥n para mejorar la estabilidad y escalabilidad de las c√©lulas solares sensibilizadas con colorante.

Si alguna de las tecnolog√≠as avanza desde el laboratorio, sin duda tendr√°n amplias oportunidades para recolectar energ√≠a en el mundo real. Seg√ļn algunas estimaciones, para 2025 se habr√°n instalado alrededor de 75 mil millones de dispositivos de Internet de las cosas en todo el mundo. 

Brown, el investigador de perovskita, dijo que cree que ¬ęel mercado de entrada m√°s atractivo con un potencial de crecimiento notable es el de la generaci√≥n de energ√≠a en interiores¬Ľ.

Fuente

https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/renewables/next-gen-solar-cells-harvest-indoor-lighting-iot-devices

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