Uso de tecnología solar para alimentar dispositivos inteligentes en interiores

Las células solares o fotovoltaicas (PV) fijadas a los techos convierten la luz solar en electricidad. Llevar esa tecnología al interior podría aumentar aún más la eficiencia energética de los edificios y energizar franjas de tecnologías inteligentes inalámbricas, como detectores de humo, cámaras y sensores de temperatura.

Se desarrolló un enfoque sencillo para capturar la luz en interiores. Los investigadores probaron la capacidad de carga en interiores de pequeños dispositivos fotovoltaicos modulares hechos de diferentes materiales y luego conectaron el módulo de menor eficiencia, compuesto de silicio, a un sensor de temperatura inalámbrico. Los resultados demuestran que el módulo de silicio, al absorber solo la luz de un LED, suministró más energía que la que consumió el sensor en funcionamiento. Esto sugiere que el dispositivo podría funcionar continuamente mientras las luces permanecen encendidas, lo que eliminaría la necesidad de que alguien cambie o recargue la batería manualmente.

La mayoría de los edificios están iluminados por una combinación de luz solar y fuentes de luz artificial durante el día. Al anochecer, este último podría continuar suministrando energía a los dispositivos. Sin embargo, la luz de fuentes interiores comunes, como los LED, abarca un espectro de luz más estrecho que las bandas más anchas emitidas por el Sol y algunos materiales de células solares son mejores para capturar estas longitudes de onda que otros.

Para averiguar exactamente cómo se acumularían algunos materiales diferentes, el equipo probó minimódulos fotovoltaicos hechos de fosfuro de galio indio (GaInP), arseniuro de galio (GaAs), dos materiales orientados a la luz LED blanca, y silicio, un menos eficiente pero material más asequible y común. Los investigadores colocaron los módulos de centímetros de ancho debajo de un LED blanco alojado dentro de una caja negra opaca para bloquear las fuentes de luz externas. El LED produjo luz a una intensidad fija de 1000 lux, comparable a los niveles de luz en una habitación bien iluminada, durante la duración de los experimentos. Para los módulos fotovoltaicos de silicio y GaAs, sumergirse en la luz interior resultó menos eficiente que la luz solar, pero el módulo GaInP funcionó mucho mejor bajo el LED que bajo la luz solar. Los módulos GaInP y GaAs superaron significativamente al silicio en interiores, convirtiendo el 23,1 % y el 14,1 % de la luz LED en energía eléctrica, respectivamente, en comparación con la eficiencia de conversión de energía del 9,3 % del silicio.

Las clasificaciones fueron las mismas para una prueba de carga en la que cronometraron cuánto tardaron los módulos en llenar una batería de 4,18 voltios medio cargada, con el silicio en último lugar por un margen de más de un día y medio. El equipo estaba interesado en saber si el módulo de silicio, a pesar de su bajo rendimiento en relación con sus competidores de primer nivel, podría generar suficiente energía para ejecutar un dispositivo de Internet de las cosas (IoT) de baja demanda.

El dispositivo IoT elegido para el experimento fue un sensor de temperatura que se conectó al módulo fotovoltaico de silicio, colocado una vez más debajo de un LED. Al encender el sensor, los investigadores descubrieron que podía enviar lecturas de temperatura de forma inalámbrica a una computadora cercana que funcionaba solo con el módulo de silicio. Después de dos horas, apagaron la luz en la caja negra y el sensor continuó funcionando, su batería se agotó a la mitad de la velocidad que tardó en cargarse.

Los hallazgos de los investigadores sugieren que un material ya omnipresente en los módulos fotovoltaicos para exteriores podría reutilizarse para dispositivos para interiores con baterías de baja capacidad. Los resultados son particularmente aplicables a edificios comerciales donde las luces están encendidas las 24 horas.