Utiliser la technologie solaire pour alimenter des appareils intelligents à l'intérieur

Les cellules solaires ou photovoltaïques (PV) fixées sur les toits convertissent la lumière du soleil en électricité. L'introduction de cette technologie à l'intérieur pourrait encore améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments et dynamiser de nombreuses technologies intelligentes sans fil telles que les détecteurs 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 appareils photovoltaïques modulaires faits de différents matériaux, puis ont connecté le module le moins efficace - composé de silicium - à un capteur de température sans fil. Les résultats démontrent que le module en silicium, n'absorbant que la lumière d'une LED, fournissait plus d'énergie que le capteur n'en consommait en fonctionnement. Cela suggère que l'appareil pourrait fonctionner en continu alors que les lumières restent allumées, ce qui éliminerait le besoin pour quelqu'un d'échanger ou de recharger manuellement la batterie.

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

Pour savoir exactement comment quelques matériaux différents s'empileraient, l'équipe a testé des mini-modules PV composés de phosphure d'indium et de gallium (GaInP), d'arséniure de gallium (GaAs) - deux matériaux orientés vers la lumière LED blanche - et de silicium, un moins efficace mais matériel plus abordable et courant. Les chercheurs ont placé les modules de plusieurs centimètres de large sous une LED blanche logée à l'intérieur d'une boîte noire opaque pour bloquer les sources lumineuses externes. La LED a produit de la 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 photovoltaïques en silicium et GaAs, l'immersion dans la lumière intérieure s'est avérée moins efficace que la lumière du soleil, mais le module GaInP a bien mieux performé sous la LED que la lumière du soleil. Les modules GaInP et GaAs ont largement dépassé le silicium à l'intérieur, convertissant respectivement 23,1 % et 14,1 % de la lumière LED en énergie électrique, par rapport à l'efficacité de conversion de puissance de 9,3 % du silicium.

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

Le dispositif IoT choisi pour l'expérience était un capteur de température qui était relié au module PV en silicium, placé une fois de plus sous une LED. En allumant le capteur, les chercheurs ont découvert qu'il était capable de fournir des lectures de température sans fil à un ordinateur à proximité alimenté uniquement par le module en silicium. Au bout de deux heures, ils ont éteint la lumière dans la boîte noire et le capteur a continué à fonctionner, sa batterie se déchargeant deux fois moins vite qu'il n'en a fallu pour se recharger.

Les découvertes des chercheurs suggèrent qu'un matériau déjà omniprésent dans les modules photovoltaïques extérieurs pourrait être réutilisé pour les appareils intérieurs dotés de batteries de faible capacité. Les résultats sont particulièrement applicables aux bâtiments commerciaux où les lumières sont allumées 24 heures sur 24.