Produkcja energii

Energia produkowana z cienia.

Cienie niekoniecznie kojarzą się z energią. Teraz naukowcy z NUS nadają cieniom nowe oblicze, pokazując sposób na wykorzystanie tego powszechnego efektu optycznego do generowania elektryczności.

Zespół NUS Materials Science and Engineering oraz NUS Physics stworzyli urządzenie o nazwie generator energii z efektem cienia (SEG), który wykorzystuje kontrast w oświetleniu między oświetlonymi i zacienionymi obszarami do produkcji elektryczności.

Cienie występują wszędzie. W klasycznych zastosowaniach fotowoltaicznych, w których do zasilania urządzeń wykorzystuje się stałe źródło światła, obecność cieni jest niepożądana, ponieważ obniża to wydajność urządzeń. W tym przypadku wykorzystano kontrast oświetlenia wywołany przez cienie jako pośrednie źródło energii. Kontrast w oświetleniu indukuje różnicę potencjałów między cieniem a oświetlonymi sekcjami, powodując powstanie prądu elektrycznego.
Mobilne urządzenia elektroniczne, takie jak smartfony, inteligentne okulary i zegarki elektroniczne, wymagają wydajnego i ciągłego zasilania. Chociaż powszechnie dostępne ogniwa słoneczne mogą pełnić tę rolę w środowisku zewnętrznym, ich efektywność pozyskiwania energii spada znacznie w warunkach wewnętrznych.
Wokół instalacji elektrycznych
Aby sprostać temu wyzwaniu technologicznemu, zespół NUS opracował niedrogą, łatwą do wytworzenia SEG do wykonywania dwóch funkcji:
przekształcania kontrastu oświetlenia z padających częściowych cieni w energię elektryczną
służenia jako samodzielny zasilany czujnik zbliżeniowy do monitorowania przechodzących obiektów.

Jak powstaje energii elektrycznej za pomocą „efektu cienia”?

SEG zawiera zestaw komórek ułożonych na elastycznej i przezroczystej folii z tworzywa sztucznego. Każda komórka SEG jest cienką warstwą złota osadzoną na płytce krzemowej. Istnieje możliwość wytwarzania tej sekcji przy niższych kosztach w porównaniu do komercyjnych krzemowych ogniw słonecznych.
Kiedy całe ogniwo SEG jest oświetlone lub w cieniu, ilość wytwarzanej energii elektrycznej jest bardzo niska lub żadna. Gdy część ogniwa SEG jest oświetlona, produkowana jest znaczna moc elektryczna. Odkryto, że optymalna powierzchnia do wytwarzania energii elektrycznej jest wtedy, gdy połowa ogniwa SEG jest oświetlona, a druga połowa w cieniu, ponieważ daje to wystarczająco dużo miejsca do generowania i gromadzenia ładunków.
W oparciu o eksperymenty laboratoryjne czterokomorowy SEG jest dwukrotnie wydajniejsza w porównaniu z komercyjnymi krzemowymi ogniwami słonecznymi. Energia zebrana z SEG w obecności cieni powstających w warunkach oświetlenia wewnętrznego jest wystarczająca do zasilania zegarka cyfrowego (tj. 1,2 V).

Ponadto prace wykazały również, że SEG może służyć jako czujnik z własnym zasilaniem do monitorowania poruszających się obiektów. Kiedy obiekt przechodzi przez SEG, rzuca przerywany cień na urządzenie i wyzwala czujnik, aby zarejestrować obecność i ruch obiektu.