Миниатюрные солнечные батареи открывают новые возможности

Миниатюризация интегральных микросхем делает вероятным сократить величину потребляемой ими энергии так, что для их питания достаточно применять такие же миниатюрные источники энергии. Маленькие солнечные ячейки разрешают обеспечить достаточным числом энергии такие же маленькие процессоры.

В случае если при словах солнечная энергия пред вашим взглядом предстают бескрайние поля фотоэлектрических панелей, вы видите лишь половину картины. не меньше занимательные вещи происходят на данный момент на противоположном краю шкалы. Простое масштабирование существующих совокупностей не годится, в то время, когда речь идет об изделиях с поперечником в считанные миллиметры, а другой раз и доли миллиметра.

Учёным, создающим микроскопические солнечные батареи, приходится рисовать такие совокупности с нуля, подбирая материалы и оригинальный дизайн. Незаметный на глаз слоёный пирог из полупроводников в малых масштабах трудится пара в противном случае — добиться хорошей эффективности тут непросто, а ведь ещё необходимо поразмыслить и о возможности недорогого серийного выпуска новинки.

Тем увлекательнее разработки, в которых исследователи пробуют по-новому посмотреть на строение фотоэлектрических преобразователей и, что ещё серьёзнее, — на вероятные стратегии их применения. Сейчас такие проекты растут как грибы по окончании дождя. И самый свежий из них — Миллиметровый и практически вечный сенсорный чип (Millimeter-Scale Nearly Perpetual Sensor System) от лаборатории автоматизации университета Мичигана (Design Automation Lab).

Размеры новинки составляют 2,5 х 3,5 х 1 миллиметр. И в этом пространстве создатели приборчика ухитрились поместить процессор, аккумулятор и солнечную батарею. Последняя — вариация тонкоплёночной технологии от компании Cymbet.

Данный маленький чип питает себя сам, для чего его достаточно время от времени выставлять на свет, пускай кроме того в помещении. Теоретически он может трудиться практически всегда, не требуя внимания человека (фото Daeyeon Kim).

Основная мысль экспериментального прибора: он солидную часть времени спит, просыпаясь на мгновение каждые пара мин., дабы произвести замеры и записать их в память чипа. Мелкий расход электричества тут — ключ к успеху.

В той же Design Automation Lab ранее был создан микрочип Phoenix с феноменально низким энергопотреблением, но от опытного образца до серии — расстояние огромная. В этом же проекте учёные пошли иным путём — собственный прибор они создали на базе ARM Cortex-M3 — маленького и экономичного серийного процессора, отыскавшего использование в самых разнообразных совокупностях — от автомобильной электроники, беспроводных совокупностей связи и до контроллеров промышленного оборудования.

Как растолковывают исследователи в пресс-релизе университета, секрет вечности данной схемы — в управлении едой.

Солнечная батарейка выдаёт напряжение 4 вольта, в то время как процессору необходимо всего 0,5. Вместо того дабы ставить преобразователь напряжения (сам по себе съедающий громадную мощность), учёные из Мичигана придумали, как руководить сердцебиением процессора. Особый метод как регулирует такты чипа, так и меняет периоды его сна и активности.

А итог — среднее энергопотребление образовывает менее одного нановатта.

Неудивительно, что для энергетической автономии данной схемы ей достаточно таковой маленькой солнечной батарейки да столь же маленького аккумулятора, запасающего электричество в периоды сна. Срок работы таковой схемы практически ограничен лишь деградацией аккумулятора, но и его должно хватить на многие годы, — утверждает один из авторов устройства Дэвид Блаау (David Blaauw).

На базе же данной разработки возможно создать независимые датчики внешней среды, миниатюрные сенсоры сооружений и состояния мостов а также медицинские имплантаты, систематично отправляющие медикам данные о состоянии организма. на данный момент сотрудники университета трудятся над коммерциализацией разработки.

Тем временем другие учёные куда дальше зашли по пути миниатюризации солнечных преобразователей. Доун Боннелл (Dawn Bonnell) и её коллеги из университета Пенсильвании сказали пару дней назад о создании первой в мире микросхемы, питающейся светом.

Титул первая тут достаточно спорен, но в отличие от вторых похожих разработок тут нет отдельных солнечной ячейки и электронной схемы, соединённых позднее в одном устройстве: тут сама поверхность микросхемы обработана так, что есть и солнечной батареей.

Доун вовсе не собирается вытеснить со своей самоподдерживаемой схемой простую электронику, но в своеобразных областях такие чипы могут быть крайне полезными. Как и в прошлом случае, они смогут послужить базой микроскопических независимых датчиков. Но это не всё.

Научив таковой чип ещё и излучать свет, да на различных частотах, вы получите готовый кирпичик для построения оптического компьютера, талантливого трудиться с высокими скоростями либо, например, моделировать на уровне не софта, но железа нейронные схемы мозга. Лучи света, связывающие такие чипы между собой, заменяли бы при таких условиях нейромедиаторы, а сами чипы — единичные нейроны.

Для превращения данной схемы в готовый к потреблению продукт потребуются ещё годы работы, так что до тех пор пока достижение Боннелл воображает больше отвлечённый интерес. Но оно наглядно показывает, как необыкновенными смогут быть фотоэлектрические преобразователи и как иногда простое изменение их масштаба способно привести к появлению новых возможностей для техники.

О роли масштаба рассуждает и американская компания Semprius, создавшая уникальную разработку микропечати солнечных батарей. Мысль, которую продвигает Semprius, в общем виде не нова: компания уверен в том, что самые эффективные (а также по соотношению мощность/цена) фотоэлектрические преобразователи возможно взять, используя в них концентраторы света, сводящие громадный поток к миниатюрным солнечным зайчикам.

Такие устройства смогут сочетать низкий расход сырья для изготовления с довольно высоким КПД, достигаемым как раз в концентрированном световом потоке. Но во целый рост поднимается неприятность организации теплоотвода: как линзы и изогнутые зеркала способны нагревать материалы — все замечательно знают. Появляются радиаторы и вентиляторы — цена совокупности растёт.

Находка Semprius содержится в том, что при уменьшении размера отдельных солнечных ячеек неприятность перегрева сперва увеличивается, но позже внезапно существовать.

По объяснению экспертов компании, у фотоэлектрических панелей меньше миллиметра в поперечнике большая доля тепла начинает уходить через боковые грани, в сравнении с плоскими солнечными батареями классического размера, так что субмиллиметровые панели нагреваются при освещённости в тысячу солнц приблизительно так же, как простые солнечные батареи при освещении неконцентрированным солнечным светом.

Это обосновывают солнечные батареи, созданные в Semprius. В них имеется три полупроводниковых слоя на базе арсенида галлия, любой из которых впитывает собственную полосу спектра (что повышает КПД).

Изготовлены эти панели комбинацией печати и химического травления, при которой мало сырья уходит в отбросы. Технологический процесс, созданный доктором наук Джоном Роджерсом (John Rogers) из университета Иллинойса, таков, что из стандартной четырёхдюймовой пластины полупроводника возможно взять 36 тысяч субмиллиметровых ячеек. Секрет не только в замене расточительного распиливания травлением, но и в том, что при разработке каждой порции фотопреобразователей снимается тонкий слой с пластины, которая после этого отправляется на новый круг.

Согласно данным свободных тестов, КПД этих ячеек колеблется от 25 процентов до 35 процентов. Компания посчитала, что они смогут поставлять электричество по цене порядка 10 центов за киловатт-час. А цена самой установки составит $2-3 за ватт выходной мощности.

Массовый выпуск солнечных модулей с концентраторами-линзами и субмиллиметровыми солнечными батареями в Semprius собирается начать в 2013 году.

А до тех пор пока она ратифицировала договор с Siemens Industry о совместной разработке и создании громадной демонстрационной совокупности, призванной продемонстрировать все преимущества разработки.

Источник: www.membrana.ru

• arm
• cortex
• микросхема
• сенсор
• солнечная батарея

Author: Александр Компанеец

Случайные записи:

• Аватары уже здесь. пока-что в виде дирижабля
• Мгновенное переключение передач – альтернатива двойному сцеплению от xtrac

Мини вентиляция от солнечной батареи 5 ватт Сделай сам.

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Mitsubishi ставит на солнечные батареи

  Цивилизованный мир, наверное, помешался на чистых источниках энергии. И, линия забери, мне нравится это вид помешательства. Японцы как неизменно готовы…

• Ультрапортативный ноутбук с солнечной батареей

  Мысль интеграции фотогальванической панели в ноутбук лежит на поверхности, на задней поверхности его крышки. Для этого у современного ноутбука имеется…

• Высокоэффективный элемент солнечной батареи от ibm из легкодоступных материалов

  Наибольшие производители электроники без шуток взялись за развитие солнечной энергетики. До сих пор серийные фотоэлектрические панели отличались большой…

• Солнечная батарея, выполненная по тонкопленочной технологии, идет в массы

  Эта на вид неказистая сумка в действительности есть предвестником новой эры солнечной энергетики. Ее отличие от подобных продуктов, каковые возможно…