 Эта технология может предвещать большой скачок вперед в нашей жизни. Интернет вещей представляет собой идею, в которой объекты могут быть соединены между собой с помощью глобальной сети, будут обслуживать ваш дом, держать вас в здоровом состоянии и даже проверять, как много пищи осталось в вашем холодильнике. Это приведет к тому, что триллионы новых «умных датчиков» будут установлены по всему миру к 2020 году. Но что именно будет питать эти устройства?
В некоторых случаях источник энергии является очевидным: датчики в холодильниках или светофорах могут просто использовать электроэнергию из сети. Но гораздо сложнее питать те устройства, которые определяют качество воды в водоемах или отдаленные трещины в железнодорожных линиях.
Органические солнечные панели могут стать решением. Они являются дешевыми и достаточно гибкими, чтобы питать крохотные датчики независимо от их формы. Элементы могут иметь толщину всего в два микрометра, но они способны поглощать огромное количество света на такой тонкой поверхности.
Эти органические фотоэлементы отличаются от кремниевых солнечных элементов, поскольку они могут быть сделаны полностью из специально синтезированных органических материалов, которые осаждаются на дешевых субстратах, таких как ПЭТ, вид сложного полиэфира, который также используется в бутылках безалкогольных напитках и пакетах чипсов. Этот материал является более легким, более гибким и даже может быть настроен для обеспечения различных цветов - кто сказал, что солнечные батареи должны быть только черными?
Критически, органические фотоэлементам потребуется всего один день, чтобы отработать назад энергию, вложенную в их производстве, известную как «срок окупаемости энергии», что можно сравнить со сроком от одного до двух лет для регулярных кремниевых солнечных элементов.
Органические фотоэлектрические также можно формовать на трехмерные поверхности, такие как плитки крыш или даже одежда. В последних исследованиях было показано, что это делает их более эффективными в захвате диффузного или косого света. Это не приведет к большой разнице для обычной солнечной ферме в солнечной стране, но области с более высокими широтами и облачностью будут видеть преимущества.
Для интернет вещей, однако, эти улучшения изменят правила игры. Некоторое количество из того триллиона датчиков будет размещено удобно прямо под солнцем; гораздо больше таких датчиков будут размещены в необычных местах, где свет падает только косвенно. Крошечные органические солнечные батареи позволят захватывать энергию в течение дня, даже в помещении или при подключении к одежде.
Нет сомнений в огромной потребность в такой технологии. «Триллион датчиков» на первый взгляд может показаться нелепым, но следует учитывать тот факт, что типичный смартфон, например, обладает около десятью умными датчиками, которые измеряют свет, температуру, звук, прикосновение, движение, положение, влажность и многое другое. Более миллиарда смартфонов будет продано в этом году, так что это переведется 10 млрд новые датчики просто в телефонах. И не все умные датчики приурочены к смартфонам - они уже используются в мониторинге окружающей среды, безопасности и транспорте.
Независимо от точных цифр, можно предположить, что множество других датчиков будет развернуто в будущем, и их сложность и полезность станут расти в геометрической прогрессии. Исследователи заинтересованы в том, как можно их все запитать, что и привело их к органическим солнечным элементам.
Хотя инженеры всегда будет пытаться уменьшить потребление энергии за счет улучшения конструкции и заставить датчики «спать», когда они не требуются, даже датчики с ультранизкой мощностью потребляют около 3.5 милливатт на измерения. Датчики более низкого качества могут потреблять значительно больше.
Теперь предполагая, что «в среднем» датчик на самом деле потребляет 5 мВт на измерения, и предполагая, что одно измерение проходит каждую минуту и занимает 30 секунд, то этому среднему интеллектуальному датчику понадобится 22 ватт-часа в течение календарного года. Это эквивалентно работе телевизора в течение приблизительно пяти минут.
Но все это складывается. Основываясь на этом простом анализе, 1 трлн датчиков будут использовать 21900 гигаватт в час каждый год. Это невероятная нагрузка на электросети, которая эквивалентна комбинированному производству от нескольких типичных атомных электростанций. И это всего лишь до рассматривания дополнительного спроса, необходимого центрами обработки данных для обработки и хранения такого большого объема информации.
Да, будет разработаны маломощная электроника, которая должна уменьшить количество энергии, необходимое датчикам. Но в течение длительного срока эксплуатации многие датчики не могут рассчитывать на внутреннюю батарею, так как батарея имеет конечный запас энергии. Это особенно важно, так как многие интеллектуальные датчики могут быть помещены в удаленные места, часто далекие от электросети или не имеющие подачу питания.
Поэтому необходимо создать умные датчики, которые могут собирать свою собственную энергию из окружающей среды - и именно здесь органические солнечные технологии найдут свою нишу.
|
