Exploiter l'énergie solaire intérieure pour appareils intelligents

Photovoltaïque d'intérieur pour IoT

Les cellules solaires ou photovoltaïques (PV) fixées sur les toits convertissent la lumière du soleil en électricité. Apporter cette technologie à l'intérieur pourrait encore améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments et alimenter de vastes essaims de technologies intelligentes sans fil telles que les alarmes de fumée, les caméras et les capteurs de température.

Une approche simple a été développée pour capturer la lumière à l'intérieur. Les chercheurs ont testé la capacité de charge intérieure de petits dispositifs PV modulaires faits de différents matériaux, puis ont connecté le module de plus faible efficacité — composé de silicium — à un capteur de température sans fil. Les résultats démontrent que le module silicium, absorbant seulement la lumière d'une LED, fournissait plus d'énergie que le capteur n'en consommait en fonctionnement. Cela suggère que le dispositif pourrait fonctionner en continu tant que les lumières restent allumées, ce qui éliminerait le besoin pour quelqu'un d'échanger ou recharger manuellement la batterie.

La plupart des bâtiments sont éclairés par un mélange de soleil et de sources de lumière artificielle pendant la journée. Au crépuscule, ces dernières pourraient continuer à fournir de l'énergie aux dispositifs. Cependant, la lumière des sources intérieures courantes, telles que les LED, couvre un spectre plus étroit que les bandes plus larges émises par le soleil et certains matériaux de cellules solaires sont meilleurs pour capturer ces longueurs d'onde que d'autres.

Pour découvrir exactement comment quelques matériaux différents se compareraient, l'équipe a testé des mini-modules PV faits de phosphure de gallium indium (GaInP), d'arséniure de gallium (GaAs) — deux matériaux orientés vers la lumière LED blanche — et de silicium, un matériau moins efficace mais plus abordable et courant. Les chercheurs ont placé les modules larges de quelques centimètres sous une LED blanche logée dans une boîte noire opaque pour bloquer les sources de lumière externes. La LED produisait une lumière à une intensité fixe de 1000 lux, comparable aux niveaux de lumière dans une pièce bien éclairée, pendant la durée des expériences. Pour les modules PV silicium et GaAs, tremper dans la lumière intérieure s'est avéré moins efficace que le soleil mais le module GaInP a performé bien mieux sous la LED que sous la lumière du soleil. Les modules GaInP et GaAs ont significativement surpassé le silicium à l'intérieur, convertissant 23,1 % et 14,1 % de la lumière LED en puissance électrique, respectivement, comparé aux 9,3 % d'efficacité de conversion de puissance du silicium.

Le classement était le même pour un test de charge dans lequel ils ont chronométré combien de temps il a fallu aux modules pour remplir une batterie à moitié chargée de 4,18 volts, le silicium arrivant en dernier avec une marge de plus d'un jour et demi. L'équipe était intéressée à savoir si le module silicium, malgré sa performance médiocre par rapport à ses concurrents haut de gamme, pouvait générer assez d'énergie pour faire fonctionner un dispositif Internet des Objets (IoT) à faible demande.

Le dispositif IoT choisi pour l'expérience était un capteur de température connecté au module PV silicium, placé à nouveau sous une LED. En allumant le capteur, les chercheurs ont constaté qu'il était capable d'envoyer des relevés de température sans fil à un ordinateur proche alimenté par le module silicium seul. Après deux heures, ils ont éteint la lumière dans la boîte noire et le capteur a continué à fonctionner, sa batterie se déchargeant à moitié du taux qu'il a fallu pour la charger.

Les découvertes des chercheurs suggèrent qu'un matériau déjà omniprésent dans les modules PV extérieurs pourrait être réutilisé pour des dispositifs intérieurs avec des batteries de faible capacité. Les résultats sont particulièrement applicables aux bâtiments commerciaux où les lumières sont allumées 24h/24.