Дискретная природа солнечных элементов защищает их и делает одежду более привлекательной, говорят исследователи в области физики и дизайна. Многообещающие области применения включают рабочую и верхнюю одежду, а также шторы, которые реагируют на изменения количества света.

В предыдущих исследованиях солнечные элементы устанавливались на поверхности, наслаивались сверху или вплетались в нити текстиля.

В ходе трехлетнего проекта Sun-powered Textiles исследователи из факультетов физики и дизайна Университета Аалто разработали метод крепления солнечных элементов к текстилю таким образом, чтобы он был устойчив к машинной стирке и, в то же время, делался менее эстетической проблемы. Исследователи также приняли меры, чтобы текстиль с солнечными батареями можно было перерабатывать.

Возможность машинной стирки коммерчески доступных солнечных элементов ранее в такой степени не изучалась.

«Мы предположили, что структура солнечных элементов может разрушиться при стирке, поскольку элементы не предназначены для машинной стирки. Стирка — это стрессовый процесс, когда ткань и элементы подвергаются давлению и столкновениям, особенно во время отжима». — говорит Элина Илен, специалист по проектам факультета дизайна Университета Аалто.

Исследователи заламинировали компонент солнечной батареи между текстилем в водонепроницаемой полиуретановой пленке, чтобы компонент можно было стирать в машине. Текстиль, содержащий компонент солнечного элемента, затем стирали десятки раз при температуре 40 градусов по Цельсию. Затем физик-исследователь Фарид Эльсехрави измерил мощность солнечных элементов после каждого цикла стирки в стиральной машине.

Пять из восьми образцов сохранили свою работоспособность, а три потеряли около 20 процентов своей мощности. Ни одна из ячеек или текстиль не были повреждены во время процесса.

«Теперь, когда было доказано, что солнечный элемент, ламинированный между текстилем, можно стирать в машине, мы должны защитить остальные компоненты. Наша идея состоит в том, чтобы все электрические компоненты умного текстиля могли находиться в одном контейнере с солнечным Это дало бы нам электронное устройство, которое можно стирать в машине, которое встроено в ткань и никогда не нуждается в зарядке или замене батареи», — говорит Янне Хальм, преподаватель кафедры прикладной физики университета.

Длительная мощность и эффективная переработка

Любой солнечный элемент, помещенный под ткань, к которой он приклеен, должен иметь значительно большую площадь поверхности, чем элемент, расположенный сверху. Кусок обычной ткани съедает примерно 70 процентов емкости клетки, а у более пористой ткани этот процент меньше.

Ключевыми факторами способности тканей пропускать свет являются материал, прозрачность и поперечное сечение волокна, структура нитей, толщина и переплетение ткани, цвета и отделка. Светлые цвета лучше пропускают свет, чем темные, но и черная как смоль и полностью непрозрачная ткань тоже подойдет.

Коммерческие солнечные элементы, использованные в исследовании, состояли из монокристалла и были изготовлены из кремния. Они могут обнаруживать свет, невидимый невооруженным глазом, которым на самом деле является большая часть солнечного света. Инфракрасный свет является примером такого невидимого света.

Скрытие текстиля съедает часть энергии солнечной батареи, но повышает ее долговечность, поскольку она лучше защищена от внешнего мира.

«Ячейка на поверхности также доминирует во внешнем виде одежды, превращая ее в роботоподобный элемент брони. Ячейка на внутренней стороне делает продукт более привлекательным и дает возможность визуально спроектировать продукт в соответствии с пожеланиями пользователя. хочет и нуждается», — говорит Илен.

Исследователи использовали материалы, которые были сделаны только из одного волокна и могли быть переработаны максимально эффективно. Электронные компоненты можно удалить из ткани, просто сначала приложив тепло, а затем оторвав их.

«Раньше солнечные элементы вплетались в текстиль в виде крошечных кусочков, что было ужасной идеей с точки зрения переработки», — говорит Халме.

Датчики влажности и саморегулирующиеся шторы

Количество энергии, которую получают клетки, зависит от их размера, количества и местоположения. Необходимое количество энергии определяется приложением использования. Важным аспектом является то, как часто приложение отправляет данные. К наиболее энергоемким функциям относятся отправка информации, выполнение расчетов и проецирование на экраны. Вот почему солнечных батарей, спрятанных в текстиле, будет недостаточно для зарядки смартфона или смарт-часов, но они подойдут для таких вещей, как измерение температуры и влажности.

Исследовательская группа считает, что рабочая одежда сейчас является наиболее потенциальным применением текстиля с солнечными батареями. Они толще обычной одежды, поэтому клетки имеют ограниченное влияние на внешний вид одежды.

«Занавески — еще один отличный способ сбора солнечной энергии. Они могут определять количество света и соответствующим образом подстраиваться», — говорит Илен.

Цель исследовательского проекта заключалась в разработке технических решений для использования во многих различных приложениях. Халме советует тем, кто хочет придумать больше приложений для решения, подумать, какую дополнительную ценность оно может принести:

«Солнечные элементы, спрятанные под текстилем, стоит рассматривать как источники энергии для электрооборудования, которое по той или иной причине должно прилипать к текстилю, выглядеть и ощущаться как ткань, поддаваться машинной стирке, потреблять как можно меньше энергии и в противном случае батарея либо слишком сложна, либо слишком дорога для зарядки или замены».

Исследование опубликовано в Исследовательском журнале текстиля и одежды.