Yeşil Enerji

“Nesnelerin İnterneti” için Fotovoltaik Motorlu Sensörler

RFID tabanlı cihazlar iç ve dış aydınlatma koşullarında çalışır ve daha uzak mesafelerde iletişim kurar. 2025'te uzmanlar; altyapı ve çevre hakkında gerçek zamanlı veri toplayan sensörler de dahil olmak üzere “nesnelerin interneti” (internet of things) cihazlarının sayısının dünya çapında 75 milyar seviyesine çıkabileceğini tahmin ediyor. Bununla birlikte; bu sensörlerin sık sık değiştirilmesi gereken, uzun süreli izlemede sorunlu olabilecek pillere ihtiyacı vardır.

RFID tabanlı cihazlar iç ve dış aydınlatma koşullarında çalışır ve daha uzak mesafelerde iletişim kurar.
2025’te uzmanlar; altyapı ve çevre hakkında gerçek zamanlı veri toplayan sensörler de dahil olmak üzere “nesnelerin interneti” (internet of things) cihazlarının sayısının dünya çapında 75 milyar seviyesine çıkabileceğini tahmin ediyor. Bununla birlikte; bu sensörlerin sık sık değiştirilmesi gereken, uzun süreli izlemede sorunlu olabilecek pillere ihtiyacı vardır.

MIT araştırmacıları; değiştirilmeden önce yıllarca veri aktarabilecek fotovoltaik enerjili sensörler tasarladılar. Bunu yapmak için, Radyo Frekansı Tanımlama (RFID) etiketlerinde enerji toplayıcı olarak, düşük maliyetli, esneklik ve göreceli üretim kolaylıkları ile bilinen ince film perovskite hücreleri monte ettiler.

Hücreler; sensörleri hem parlak güneş ışığında hem de daha düşük iç ortam koşullarında çalıştırabilir. Dahası, ekip güneş enerjisinin aslında sensörlere daha fazla veri aktarım mesafesine ve birden fazla sensörü tek bir RFID etiketine entegre etme kabiliyetine izin veren önemli bir güç artışı sağladığını tespit etti.

MIT Otomatik Kimlik Laboratuvarı Doktora Öğrencisi Sai Nithin Kantareddy: “Gelecekte, etrafımızda milyarlarca sensör olabilir. Bu skala ile, sürekli şarj etmeniz gereken çok sayıda pil gerekir. Peki ya ortam ışığını kullanarak onlara güç verebilirseniz? Bunları dağıtabilir ve aylarca ya da yıllarca unutabilirsiniz. Bu çalışma temel olarak bir dizi uygulama için enerji toplayıcıları kullanan, gelişmiş RFID etiketleri oluşturuyor.”

Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler ve IEEE Sensörleri dergilerinde yayınlanan makalede, MIT Otomatik Kimlik Laboratuvarı ve MIT Fotovoltaik Araştırma Laboratuvarı araştırmacıları; iç mekan ve dış ortam sıcaklıklarını birkaç gün boyunca sürekli izlemek için sensörlerin kullanılmasını açıklamaktadır. Sensörler, geleneksel RFID etiketlerinden beş kat daha büyük mesafelerde sürekli olarak veri iletir ve pil gerektirmez. Daha uzun veri iletim aralıkları, diğerlerinin yanı sıra; bir okuyucunun aynı anda birden fazla sensörden veri toplamak için kullanılabileceği anlamına gelir.

Ortamındaki nem ve ısı gibi bazı faktörlere bağlı olarak sensörler; aylar boyunca veya dışında veya potansiyel olarak, değiştirilmeleri için yeterince bozulmadan önceki bir yıl boyunca bırakılabilir. Tedarik zincirlerinde kargo takibi; toprağı izleme ve binalarda ve evlerde kullanılan ekipmanın enerjisini izleme dahil, iç ve dış mekanlarda uzun süreli algılama gerektiren herhangi bir uygulama için değerli olabilir.

İki Düşük Maliyetli Teknolojiyi Birleştirmek

Son zamanlarda kendinden güçlü sensörler yaratma girişimlerinde, diğer araştırmacılar; güneş pillerini nesnelerin interneti (IoT) cihazlarının enerji kaynağı olarak kullandılar. Ancak bunlar temelde geleneksel güneş pillerinin küçültülmüş versiyonlarıdır. Kantareddy, geleneksel hücrelerin belirli koşullar altında verimli, uzun ömürlü ve güçlü olabileceğini ancak “her yerde bulunan IoT sensörleri için gerçekten olanaksız olduğunu” belirtti.
Örneğin, geleneksel güneş pillerinin üretimi hacimli ve pahalıdır, ayrıca esnektir ve şeffaf olamazlar, bu da camlara ve araç ön camlarına yerleştirilen sıcaklık izleme sensörleri için faydalı olabilir. Gerçekten de, yalnızca düşük iç mekan ışığından değil; güçlü güneş ışığından enerjiyi verimli bir şekilde toplamak için tasarlanmıştır.
Perovskite hücreleri ise; daha ucuz, kolay rulodan ruloya üretim teknikleri kullanılarak basılabilir; ince, esnek ve saydam; ve her türlü iç ve dış aydınlatmadan enerji toplayacak şekilde ayarlanmıştır.

Düşünce; düşük maliyetli bir güç kaynağını dünya çapında milyarlarca ürünü izlemek için kullanılan pilsiz çıkartmalar olan düşük maliyetli RFID etiketleriyle bir araya getirmekti. Çıkartmalar; her biri yaklaşık üç ila beş kuruşa mal olan minik, ultra yüksek frekanslı antenlerle donatılmıştır.

RFID etiketleri; etiketlenmiş modüldeki kablosuz sinyalleri etiketten ve bir okuyucuya geri yansıtarak veri ileten “Geri Saçılma” adlı bir iletişim tekniğine dayanır. Okuyucu olarak adlandırılan ve temel olarak bir Wi-Fi yönlendiricisine benzeyen bir kablosuz cihaz, etikete basar ve bu etiket, takıldığı ürünle ilgili bilgileri içeren benzersiz bir sinyali açar ve geri gönderir.

Geleneksel olarak, etiketler, okuyucunun; verileri depolayan küçük bir çipi güçlendirmek için gönderilen radyo frekansı enerjisinin bir miktarını toplar ve geri kalan sinyali modüle etmek için kalan enerjiyi kullanır. Ancak bu, iletişim menzilini bir metreden daha az sınırlayan, yalnızca birkaç güç değerinde miktara eşittir.

Araştırmacıların sensörü; plastik bir alt tabaka üzerine inşa edilmiş bir RFID etiketinden oluşuyor. Doğrudan etiket üzerindeki entegre bir devreye bağlanmış bir dizi perovskite solar hücredir. Geleneksel sistemlerde olduğu gibi, bir okuyucu odayı tarar ve her bir etiket yanıt verir. Ancak okuyucunun enerjisini kullanmak yerine, perovskite hücresinden toplanan enerjiyi; devreyi güçlendirmek ve RF sinyallerini geri saçarak veri göndermek için çeker.

Ölçekte Verimlilik

Kilit yenilikler özelleştirilmiş hücrelerdedir. Elektrot, katot ve özel elektron taşıma katmanı malzemeleri arasına sıkıştırılmış perovskit materyali ile katmanlar halinde üretilirler. Bu çalışma; deneysel perovskite hücreleri için oldukça yüksek olan yaklaşık yüzde 10 verim elde etti. Bu katmanlandırma yapısı aynı zamanda araştırmacıların her hücreye; farklı ışık koşullarında bir hücrenin performansını belirleyen elektron hareket eden bir özellik olan en uygun “bant aralığı” için ayarlama yapmalarını sağlamıştır. Daha sonra hücreleri dört hücreli modüller halinde birleştirdiler.

Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler belgesinde; modüller bir güneş ışığı altında 4.3 volt elektrik üretmiştir. Bu; güneş pillerinin güneş ışığı altında ne kadar voltaj ürettikleri açısından standart bir ölçümdür. Bir devreyi güçlendirmek (yaklaşık 1,5 volt’la) ve birkaç saniyede 5 metre veri göndermek için yeterlidir. Modüllerin iç aydınlatmada benzer performansları vardı.

IEEE Sensörleri makalesinde; öncelikle, iç mekan flüoresan aydınlatması altında yüzde 18,5 ile 21,4 arasında verimin ne kadar voltaj ürettiğine bağlı olarak, elde edilen iç mekan uygulamaları için geniş bantlı perovskite hücreleri gösterdi.

Temel olarak, yaklaşık 45 dakikalık herhangi bir ışık kaynağı sensörleri iç ve dış mekanlarda yaklaşık üç saat çalıştırabilir.

RFID devresinde sadece sıcaklığı izlemek için prototip oluşturuldu. Daha sonra, araştırmacılar; karışıma nem, basınç, titreşim ve kirlilik gibi çevresel izleme sensörlerini daha fazla ölçeklendirmeyi ve eklemeyi hedeflemektedir. Ölçekli olarak konuşlandırılan sensörler; özellikle akıllı binaları daha enerji verimli hale getirmeye yardımcı olan algoritmalar geliştirmeye yardımcı olmak için iç mekanda uzun vadeli veri toplamaya yardımcı olabilir.

Kaynak:
MIT
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (1 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close