Akıllı bina sensörlerinden varlık izleyicilerine kadar, birçok iç mekan IoT cihazı, basit tasarımları nedeniyle güç için hala tek kullanımlık pillere güveniyor.Sınırlı ömrü de dahil, bakım maliyetleri, operasyonel duraklama süresi ve çevresel sorunlar.
Ek olarak, sıklıkla pil değiştirmek hem zaman alıcı hem de verimsizdir. Bu, "şeyler internetinin otonom ve cihazların her zaman çevrimiçi olması" vizyonuna aykırıdır.Güvenilirliği artırmak için iç mekan IoT düğümlerine güç vermek için yeni yöntemler benimsemek gerekiyor., bakım maliyetlerini en aza indirmek ve büyük ölçekli dağıtımı teşvik etmek.
Transforma Insights'in bir raporuna göre, IoT cihazlarının büyümesinin 2030 yılına kadar enerji talebini 34 terawatt saat artıracağı bekleniyor.Bu sorunu çözmenin anahtarı, kapalı yerlerde sürekli güç sağlamak için güneş hücreleri kullanmaktır., sürdürülebilir malzemeler kullanarak elektronik atıkları azaltmak ve pillerin kullanımından kaçınmak ve bilgi işlem ve veri aktarımı için enerji tüketim maliyetlerini mümkün olduğunca azaltmak.
Son yıllarda, kapalı ortamlar için uyarlanmış fotovoltaik teknoloji, malzemeler ve yapılar konusunda önemli ilerlemeler kaydetti.Kristalin silikon, açık hava güneş panelleri için standart aktif malzemedirBununla birlikte, tipik iç mekan ışık kaynakları yalnızca görünür aralıkta ışık yaydığı için, optimum bant aralığı 1.9-2.0 eV olur.
Bu nedenle, kristal silikon, iç mekan aydınlatma koşullarında düşük performans gösterir.amorf silikon dahil, boya duyarlı güneş hücreleri (DSSC), peroksit güneş hücreleri ve organik fotovoltaik hücreler.
Şekil 1: Panasonic Energy'nin AM-1456CA-DGK-E amorf güneş hücresi bir cam substrat kullanır.
Nesnelerin İnterneti için kilit kapalı fotovoltaik teknolojiler
1Amorf silikon (a-Si) pil
Amorf silikon (a-Si), iç mekan aydınlatma uygulamaları için optimum değere daha yakın olan yaklaşık 1,6 eV optik bant boşluğu olan olgun ince film güneş teknolojisidir.Bu, düşük güçlü iç mekan IoT cihazlarına entegre edilecek ilk teknoloji..
Amorf silikonun spektral eşleşme özellikleri ve düşük ışık seviyelerinde nispeten yüksek açık devre voltajı nedeniyle,a-Si, tipik iç mekan aydınlatma koşullarında kristal silikondan daha iyi çalışırTestler, LED iç mekan aydınlatması altında hidrojenli a-Si güneş hücrelerinin verimliliğinin %21'e ulaşabileceğini göstermiştir.
A-Si güneş hücrelerinin ana avantajı, maliyetli olan ince filmler üretmek için gazlı plazma kaynaklarının kullanılmasıdır.Bu, güneş hücrelerinin düşük maliyetli esnek substratlarda üretilmesini mümkün kılar..
Bununla birlikte, bu teknolojinin önemli bir sınırlaması var - yeni teknolojiyle aynı gücü üretmek için daha büyük bir pil alanı gerektirir.her bir a-Si pilinin bireysel olarak ürettiği voltaj nispeten düşüktür., bu nedenle IoT cihazlarının gerektirdiği voltajı elde etmek için genellikle her bataryayı seri olarak bağlamak gerekir.
Şekil 2: TDK Corporation'dan BCS4430B6 amorf ince esnek güneş hücresi, açık devre voltajı 4.2 V'dir. (Resim kaynağı: TDK Corporation)
2Rengi duyarlı güneş hücreleri (DSSC)
Yeni nesil bir fotovoltaik cihaz olarak, DSSC'nin çalışma prensibi fotosenteze benzer.Daha sonra redoks reaksiyonları yoluyla elektrolit tarafından yenilenir.Bu boya, iç mekan ışık kaynaklarının emisyon spektrumuna göre optimize edilebilir ve bu da iç mekan IoT uygulamaları için çok uygundur.
Farklı bir tasarım yaklaşımı, bileşik fotoanotlar gibi çok boyutlu nanoyapılar kullanmaktır.Bu yapı, ışık yakalama ve yük toplama yeteneklerini artırmak için dağıtım işlevlerini birleştirirBir araştırma makalesinde, yeni bir nanostructure türünün, son derece zayıf yapay aydınlatma koşullarında% 24'lük bir güç dönüşüm verimliliğine ulaştığını iddia ediyor.
3Peroksit güneş hücreleri (PSC)
İç mekan uygulamaları için başka bir umut verici alternatif de PSC'dir ve bu malzemeyle ilgili araştırmalar 2015'te başladı.Araştırmacılar, bir elektron taşıma katmanı tasarlayarak perovskit aktif katmanındaki tuzak durumlarını ve taşıyıcı dinamiklerini kontrol altına aldılar.Sonuçta elde edilen PSC, kapalı ortamlarda% 27.4'lük bir güç dönüşüm verimliliğine ulaştı.
Perovskit, çözeltide işlenebilen bir yarı iletken malzemedir. Bu malzemenin ideal bant boşluğu değeri 1,8 eV'ye ayarlanabilir ve yüksek fotovoltaik özelliklere sahiptir.böylece hem LED ışık kaynakları hem de floresan aydınlatma koşullarında mükemmel fotoelektrik dönüşüm verimliliği göstermektedirPerovskite iç mekan fotovoltaik (IPV) cihazlarının verimliliği tarihi bir seviyeye ulaştı. 2025 yılında yapılan bir araştırma raporu, 1000 lux'ta güç dönüşüm verimliliğinin% 42 olduğunu gösterdi.En yüksek rekor..
4Organik fotovoltaik hücreler (OPV)
Organik fotovoltaik teknoloji (OPV), ışığı emer ve elektrik üretmek için karbon bazlı molekülleri yarı iletken olarak kullanır.Organik yarı iletkenler güçlü görünür spektrum özelliğine sahip olmak için özelleştirilebilirOptimize edilmiş iç mekan OPV, düşük ışık koşullarında, en iyi DSSC veya peroksit hücrelerine kıyasla yaklaşık% 30'luk bir güç dönüşüm verimliliği göstermektedir.
Bu özellikler, OPV'yi düzensiz şekilli ayrık IoT dağıtımları için özellikle uygun kılar, çünkü PET plastiği gibi substratlarda ince esnek filmlere basılabilir.Bazı şirketler, çeşitli şekillere bükülebilen veya uyarlanabilen esnek kapalı güneş folyoları bile üretiyorIoT tasarımcıları için bu, güneş hücrelerinin sensör yüzeylerinde ince filmler veya çıkartma tarzı güç filmleri gibi cihazlara kolayca entegre edilebileceği anlamına gelir.