任何时候你在家里或办公室开灯，都是在消耗能量。但是，如果扳动电灯开关也意味着产生能量呢?我们通常会想到固定在屋顶上的太阳能或光伏 (PV) 电池，将阳光转化为电能，但将这种技术引入室内可以进一步提高建筑物的能源效率，并为烟雾报警器、摄像头和温度等无线智能技术提供能量传感器，也称为物网 (IoT) 设备。现在，国家标准与技术研究院 (NIST) 的一项研究表明，一种在室内捕捉光线的直接方法可能触手可及。NIST 研究人员测试了由不同材料制成的小型模块化光伏设备的室内充电能力，然后将效率最低的模块(由硅组成)连接到无线温度传感器。
该团队在能源科学与工程杂志上发表的研究结果表明，硅模块仅吸收来自 LED 的光，提供的功率比传感器在运行时消耗的功率还多。这一结果表明该设备可以在灯保持亮着的情况下持续运行，这将消除人们手动更换或充电电池的需要。
“该领域的人们已经假设从长远来看可以用光伏模块为物网设备供电，但我们之前还没有真正看到支持这一点的数据，所以这是说我们可以拉动的第一步它关闭了，”NIST 机械工程师兼该研究的主要作者 Andrew Shore 说。
大多数建筑物在白天由太阳和人造光源的混合照明。黄昏时，后者可以继续为设备提供能量。然而，来自普通室内光源(例如 LED)的光比太阳发出的更宽波段的光跨越更窄的光谱，并且一些太阳能电池材料比其他太阳能电池材料更擅长捕捉这些波长。
为了确切了解几种不同的材料如何堆叠，Shore 和他的同事们测试了由磷化镓 (GaInP)、砷化镓 (GaAs)(两种适用于白光 LED 光的材料)和硅(一种效率较低的材料)制成的微型光伏模块。但更实惠和普通的材料。
研究人员将厘米宽的模块放置在一个白色 LED 下方，该 LED 位于一个不透明的黑盒子内，以阻挡外部光源。在实验期间，LED 以 1000 勒克斯的固定强度产生光，与光线充足的房间中的光水平相当。对于硅和 GaAs PV 模块，浸泡在室内光中的效率低于阳光，但 GaInP 模块在 LED 下的表现远好于阳光。GaInP 和 GaAs 模块在室内都显着超过硅，分别将 23.1% 和 14.1% 的 LED 光转换为电能，而硅的功率转换效率为 9.3%。
NIST 研究人员在人造光下测试了由三种不同材料制成的微型太阳能模块。模块(从左到右)由硅、砷化镓和磷化镓铟制成。信用：NIST
研究人员毫不奇怪，充电测试的排名是相同的，在该测试中，他们计算了模块充满半充电 4.18 伏电池所需的时间，而硅排在最后的幅度超过 1一天半。
Shore 说，该团队有兴趣了解硅模块，尽管其性能相对于顶级竞争对手而言较差，但是否可以产生足够的功率来运行低需求的物网设备。
他们为下一个实验选择的物网设备是一个温度传感器，他们将其连接到硅光伏模块上，并再次放置在 LED 下方。打开传感器后，研究人员发现它能够将温度读数无线传输到附近的计算机，仅由硅模块供电。两个小时后，他们关掉了黑匣子里的灯，传感器继续运行，它的电池以充电速度的一半耗尽。
“即使使用效率较低的迷你模块，我们发现我们仍然可以提供比无线传感器消耗更多的功率，”肖尔说。
研究人员的发现表明，室外光伏组件中已经无处不在的材料可以重新用于具有低容量电池的室内设备。结果特别适用于全天候亮灯的商业建筑。但是，光伏供电设备在白天间歇性点亮或夜间关闭的空间中运行情况如何?从外部涌入的环境光有多大影响?家庭和办公空间毕竟不是黑匣子。
Shore 说，该团队计划解决这两个问题，首先在 NIST 的净零能耗住宅测试设施中设置光测量设备，以了解普通住宅全天可用的光。然后他们将在实验室中复制净零房屋的照明条件，以了解光伏供电的物网设备在住宅场景中的表现。
将他们的数据输入计算机模型对于预测在特定光照水平下光伏模块在室内产生多少功率也很重要，这是该技术经济高效实施的关键能力。
“我们一直在开灯，随着我们更多地转向计算机化的商业建筑和家庭，光伏可能是一种收集一些浪费的光能并提高我们能源效率的方式，”肖尔说。
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