فناوری برداشت انرژی از نور محیطی (Ambient Light Harvesting) با استفاده از نسل جدید سلول‌های خورشیدی (مانند پروسکایت‌ها)، روش تأمین انرژی ابزارهای مقیاس کوچک را متحول کرده است. این سلول‌ها قادرند از نور کم‌شدت محیطی (نور داخلی خانه) برق تولید کنند و نیاز به باتری‌های سنتی را در حسگرهای IoT، ابزارهای پوشیدنی و گجت‌های خانگی برای همیشه حذف کنند، و مفهوم ؛نصب کن و فراموش کن؛ را محقق سازند.
برداشت انرژی از محیط (Ambient Light Harvesting): پایان عصر باتری در گجت‌ها
یکی از بزرگترین چالش‌های فناوری‌های نوین مانند اینترنت اشیاء (IoT)، حسگرهای محیطی و ابزارهای پوشیدنی، تأمین انرژی پایدار و جایگزینی پرهزینه یا پردردسر باتری‌ها است. در سال‌های اخیر، موجی از نوآوری‌ها در حوزه فتوولتائیک (Photovoltaic) یا همان سلول‌های خورشیدی، این مشکل را هدف قرار داده است: ساخت سلول‌های خورشیدی مقیاس کوچک که به جای نور شدید خورشید، از نور کم‌شدت محیطی (Ambient Light) مانند نور لامپ‌های خانه، نور کم پشت پنجره یا حتی نور صفحه نمایش برق تولید کنند.
عبور از خورشید به نور داخلی: تکنولوژی‌های نوین
سلول‌های خورشیدی سنتی (سیلیکونی) برای کار در زیر نور مستقیم خورشید طراحی شده‌اند و بازدهی آن‌ها در نور کم محیطی به شدت افت می‌کند. اما پیشرفت در نسل سوم مواد فتوولتائیک، به ویژه سلول‌های خورشیدی پروسکایت (Perovskite) و سلول‌های خورشیدی ارگانیک (Organic PV)، این معادلات را تغییر داده است:
-
پروسکایت برای نور داخلی: مطالعات اخیر نشان داده‌اند که سلول‌های خورشیدی پروسکایت می‌توانند تا شش برابر کارآمدتر از پنل‌های سیلیکونی متداول در تبدیل نور محیط درون خانه به برق عمل کنند. این سلول‌ها قادرند طول موج‌های خاصی از نور مصنوعی (مانند نور لامپ‌های LED) را که در محیط‌های داخلی رایج است، با بازدهی بالا جذب کنند.
-
انعطاف‌پذیری و سبک‌وزنی: سلول‌های خورشیدی ارگانیک (OPV) بسیار نازک، انعطاف‌پذیر، سبک و ارزان‌تر هستند. این ویژگی‌ها آن‌ها را برای ادغام در منسوجات هوشمند، ابزارهای پوشیدنی و سطوح منحنی گجت‌های خانگی ایده‌آل می‌سازد.
کاربردهای نوظهور: خداحافظی با باتری
هدف اصلی این فناوری، دستیابی به مفهوم "نصب کن و فراموش کن" (Set and Forget) است، یعنی ابزارها تا پایان عمر مفید خود بدون نیاز به شارژ یا تعویض باتری، به فعالیت ادامه دهند:
-
حسگرهای اینترنت اشیاء (IoT): در خانه‌های هوشمند، ساختمان‌های تجاری و کشاورزی، حسگرهای بی‌سیم متعددی برای پایش دما، رطوبت، نور یا حرکت به کار می‌روند. این حسگرهای کم‌مصرف می‌توانند با استفاده از انرژی محیطی، نیاز به باتری‌های لیتیومی را به‌طور کامل حذف کنند و هزینه نگهداری را به صفر برسانند.
-
ابزارهای پوشیدنی و ورزشی: ساعت‌های هوشمند، دستبندهای تناسب اندام و ابزارهای پزشکی پوشیدنی مانند ضربان‌سنج‌ها می‌توانند با استفاده از پنل‌های خورشیدی کوچک (اغلب تعبیه شده زیر صفحه نمایش یا در بدنه)، طول عمر باتری خود را به طور قابل توجهی افزایش دهند. برندهایی مانند گارمین (Garmin) قبلاً پنل‌های شارژ خورشیدی را در برخی ساعت‌های هوشمند خود به کار برده‌اند.
-
گجت‌های خانگی: دستگاه‌های کوچکی مانند ریموت کنترل‌ها، کیبوردهای بی‌سیم، تجهیزات اندازه‌گیری و برچسب‌های الکترونیکی قفسه فروشگاه‌ها (ESL) می‌توانند انرژی خود را از نور داخلی محیط تأمین کنند.
چشم‌انداز و چالش‌ها
در حالی که بازدهی سلول‌های خورشیدی ارگانیک در نور داخلی توانسته است به مرز ۲۶٪ نیز برسد، چالش‌های مهمی باقی است:
-
ذخیره‌سازی: برای مواقعی که نور محیطی وجود ندارد (مثلاً شب‌ها)، نیاز به یک سیستم ذخیره‌سازی بسیار کوچک (مانند یک خازن یا باتری‌های نازک و ایمن) وجود دارد تا انرژی جمع‌آوری شده در طول روز را حفظ کند.
-
مقیاس‌پذیری و پایداری: تجاری‌سازی موفق این سلول‌ها نیازمند کاهش هزینه‌های تولید و بهبود پایداری طولانی‌مدت آن‌ها در برابر عوامل محیطی مانند گرما و رطوبت است.
-
با پیشرفت در علم مواد، انتظار می‌رود که فناوری برداشت انرژی از نور محیطی به زودی به یک استاندارد در طراحی ابزارهای کم‌مصرف تبدیل شود و وابستگی ما به باتری‌های سنتی را کاهش دهد.