Gölge efektli enerji jeneratörü, aydınlatılmış ve gölgeli alanlar arasındaki kontrastı kullanarak elektrik enerjisi üretiyor.
Gölgeler genellikle karanlık ve belirsizlikle ilişkilendirilmektedir. Singapur Ulusal Üniversitesi’nde (NUS) çalışan araştırmacılar, elektrik üretmek için bu yaygın ancak genellikle gözden kaçan optik etkiyi kullanmanın bir yolunu göstererek gölgelere olumlu bir bakış açısı kazandırmışlardır. Bu konsept, iç aydınlatma koşullarında yeşil enerji üretiminde güç elektroniğine yeni yaklaşımlar getiriyor.
NUS Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nden araştırma ekibi lideri Yardımcı Doçent Tan Swee Ching:
“Gölgeler her yerde bulunur. Aygıtlara güç sağlamak için sabit bir ışık kaynağının kullanıldığı geleneksel fotovoltaik veya optoelektronik uygulamalarda, gölgelerin varlığı istenmeyen bir durumdur, çünkü aygıtların performansını düşürür. Bu çalışmada, dolaylı bir güç kaynağı olarak gölgelerin neden olduğu aydınlatma kontrastından yararlandık. Aydınlatmadaki kontrast, gölgeli ve aydınlatılmış bölümler arasında bir voltaj farkına yol açarak elektrik akımına yol açar. Gölgelerin varlığında enerjiyi toplayan bu yeni konsept daha önce görülmemiş bir çalışmadır” şeklinde açıklama yaptı.
Akıllı telefonlar, akıllı gözlükler ve e-saatler gibi mobil elektronik cihazlar verimli ve sürekli güç kaynağı gerektirirler. Bu cihazlar hem iç hem de dış mekanlarda giyildiği için, ortam ışığından yararlanabilecek giyilebilir güç kaynakları, bu cihazların çok yönlülüğünü potansiyel olarak artırabilir. Ticari olarak temin edilebilen güneş pilleri bu rolü dış mekanda gerçekleştirebilirken, iç mekan koşullarında gölgeler kalıcı olduğu için enerji hasat verimlilikleri önemli ölçüde düşer. Enerji hasadının verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için düşük ışık yoğunluklarıyla ilişkili hem aydınlatma hem de gölgelerden enerji üretmeye yönelik bu yeni yaklaşım günümüz koşullarına göre hem heyecan verici hem de tam zamanında gerçekleşmiştir.
NUS ekibi iki işlevi yerine getirmek amacıyla düşük maliyetli, üretimi kolay bir SEG geliştirmiştir:
1. aşamada kısmi gölgeli levhalardaki aydınlatma kontrastını elektriğe dönüştürür, 2.aşamada geçen nesneleri izlemek için kendi kendine çalışan bir yakınlık sensörü olarak işlev görür.
SEG, esnek ve şeffaf bir plastik film üzerinde dizilmiş bir dizi SEG hücresinden oluşmaktadır. Her SEG hücresi, bir silikon levha üzerine konulan ince bir altın filmden oluşmaktadır. Dikkatle tasarlanmış olan SEG, ticari silikon güneş pillerine kıyasla daha düşük bir maliyetle üretilebilir. NUS ekibi daha sonra SEG’in elektrik üretiminde ve kendi kendini besleyen bir sensör olarak performansını test etmek için bir dizi deneyler yapmıştır.
NUS Fizik Bölümü’nden ortak ekip lideri Profesör Andrew Wee’nin açıklaması şu şeildedir: “SEG hücresinin tümü ışık altında veya gölgede olduğunda, üretilen elektrik miktarı çok düşüktür veya hiç yoktur. SEG hücresinin bir kısmı aydınlatıldığında, önemli bir elektrik çıkışı tespit edilmiştir. Elektrik üretiminin en yüksek düzeyde olması için SEG hücresinin yarısının aydınlatılması diğer yarısının gölgede olması gerekmektedir, çünkü bu, şarj üretimi ve toplanması için yeterli alan sağlamaktadır.“
Laboratuvar deneylerine göre, ekibin ürettiği dört hücreli SEG’in, değişen gölgelerin etkisi altında ticari silikon güneş pilleriyle karşılaştırıldığında iki kat daha verimli olduğu ortaya çıkmıştır. İç mekan aydınlatma koşullarında oluşturulan gölgelerin varlığında SEG’den üretilen enerji, bir dijital saatin (yani 1.2 V) çalıştırılması için yeterli enerji üretmektedir.
Ek olarak, ekip SEG’in hareketli nesneleri izlemek için kendi kendine çalışan bir sensör olarak kullanılabileceğini de göstermiştir. Bir nesne SEG’in önünden geçtiğinde, üzerine kesintili bir gölge düşürür ve nesnenin varlığını ve hareketini kaydetmek için sensörü tetikler.
Daha düşük maliyet ve daha fazla işlev için çalışmalar devam ediyor
Altı kişilik ekip, cihazın performansını kavramsallaştırmak, geliştirmek ve mükemmelleştirmek için dört ay çalışmıştır. Araştırmanın bir sonraki aşamasında, NUS ekibi SEG’in maliyetini azaltmak için altının yanı sıra diğer malzemeleri de deneyeceklerini dile getirdi.
NUS araştırmacıları aynı zamanda çok yönlü işlevlere sahip kendi kendine çalışan sensörler ve normal günlük aktiviteler sırasında enerji üretmek için giysilerde kullanılabilen SEG’ler geliştirmeyi düşünüyor. Bir diğer umut verici araştırma alanı, iç mekan aydınlatmasından enerjinin verimli bir şekilde üretilmesi için düşük maliyetli SEG panellerinin geliştirilmesidir.