Solenergidrevne wearables vil snart bli gjennomførbare med nyutviklede ultratynne organiske fotovoltaiske celler

Solenergiens revolusjonerende evner er allerede bevist uten tvil. Med sin voksende suksess, kombinert med teknologiske innovasjoner som beriker den hver dag og den økende etterspørselen etter fornybar energi, kan det globale smarte solenergimarkedet overgå 27 milliarder USD innen 2028 fra under 13 milliarder USD i 2022.

Vekstprognosene indikerer en dobling av markedet, med avanserte innovasjoner innen fotovoltaisk materiale, energilagring, smarte nett, solenergisystemer og mye mer. Merk at solenergi også gjør seg bemerket innen wearables, med forskning og eksperimenter som snart forventes å introdusere solenergidrevne wearables. 

Ultrafleksible organiske fotovoltaiske celler som en potensiell strømkilde for bærbar elektronikk

Ny forskning publisert i Nature Communications, med tittelen «Waterproof and Ultraflexible Organic Photovoltaics with Improved Interface Adhesion», fremhever de ultrafleksible organiske fotovoltaiske cellenes strekkbarhet og lette vekt, noe som gjør dem til en kraftig strømkilde for elektroniske wearables. Forskningen erkjenner imidlertid at vanntetting av disse løsningene fortsatt er en utfordring dersom deres mekaniske fleksibilitet og konformitet skal beholdes uendret. 

Den har vist hvordan denne utfordringen kan løses, og posisjonerer i hovedsak organiske fotovoltaiske celler som en overlegen løsning. Løsningen innebærer utnyttelse av in‑situ‑vekst av et hull‑transportlag for å styrke grensesnittadhesjonen mellom aktivt lag og anode. Mer spesifikt gjør løsningen det mulig å deponere en sølv‑elektrode på toppen av de aktive lagene. Deponeringen etterfølges av termisk annealing. 

Forskningen finner at in‑situ‑metoden langt overgår den konvensjonelle ved å vise at det in‑situ‑vokste hull‑transportlaget har overlegne termodynamiske adhesjonsegenskaper mellom de aktive lagene, noe som fører til forbedrede vanntettings‑egenskaper. 

I eksperimentet beholdt tre‑mikrometer‑tykke organiske fotovoltaiske celler fremstilt med denne metoden 89 % respektive 96 % av sin opprinnelige ytelse selv etter å ha blitt nedsenket i vann i fire timer og gjennomgått 300 strekk‑/slipp‑sykluser ved 30 % belastning under vann. 

Selv om disse tallene bevitnet deres fleksibilitet og vanntettings‑funksjoner, bestod enhetene sømløst en maskinvasketest til tross for deres tynne innkapslingslag. 

Alt i alt kunne eksperimentet vise hvordan solceller kan bli vanntette og egnet for storskalig drift. 

Solcellene kan nå integreres funksjonelt i klær, og forbli effektive selv etter eksponering for regn eller en vaskesyklus. Denne innovasjonen er derfor spesielt betydningsfull fordi den kan være verdifull i utviklingen av bærbare elektroniske enheter som kan festes på klær og fungere under alle slags værforhold. 

Når forskerne snakket om eksperimentet og utdypet dets potensielle nytte, sa Kenjiro Fukuda, en av de korresponderende forfatterne av artikkelen:

«Det vi har skapt er en metode som kan brukes mer generelt. Når vi ser fremover, ved å forbedre stabiliteten til enheter i andre områder, som eksponering for luft, sterkt lys og mekanisk stress, planlegger vi å videreutvikle våre ultratynne organiske solceller slik at de kan brukes i virkelig praktiske wearables.»

Mens forskere over hele verden er ivrige etter å gjøre solceller mer brukbare og praktisk betydningsfulle, investerer noen selskaper tungt i FoU for å utvikle skalerbare løsninger som gagner en større befolkning. 

Klikk her for å lære alt om termiske øreringer.

#1. Garmin

Garmin har utviklet en hel serie med solenergidrevne smarte wearables som hevder å forlenge batterilevetiden til enestående nivåer. Serien inkluderer tre smartklokker: Fenix 7 PRO, Instinct 2 og Forerunner 955 Solar. Produktene er utviklet, spesielt for utendørsbruk. 

Disse smartklokkene kan utnytte solenergi selv når klokkens skjerm er delvis tildekket. Deres strømhåndteringsfunksjon lar brukeren tilpasse energibruken etter behov.  

For å gi konkrete tall, kan klokken håndtere utendørs ekspedisjoner i opptil to måneder uten å kreve noen ekstra strømkilde. I tillegg er løsningen grønn, da den produserer 59 % mindre karbonutslipp enn andre klokker. 

Fenix 7 Pro bruker for eksempel ultratransparente solcellepaneler. Dens slanke design kan optimalisere sollysabsorpsjon. Instinct 2 er en solenergidrevet GPS‑smartklokke. Forerunner 955 er designet spesielt for løping. 

Garmin har oppnådd mange teknologiske mirakler i byggingen av sine løsninger. For eksempel har deres power‑glass‑system radikalt endret hvordan solcellepanelteknologi brukes. Det har erstattet konvensjonelle solcellepaneler med en super‑transparent glasslinse som integrerer mikroskopiske sol‑ledende celler. Glasspanelet er ultratynt, mindre enn et halvt millimeter. 

I en demonstrasjon av teknologisk dyktighet er panelet ikke bare i stand til effektivt å fange fotoelektrisitet, men også å inkorporere Memory‑in‑piece‑display‑teknologi for å skape en klar og lesbar skjerm. Høy klarhet og lavt strømforbruk, selv under direkte sollys, gjør det best‑in‑class. 

Den 21. februar 2024 kunngjorde Garmin® Ltd. sine resultater for fjerde kvartal som endte 30. desember 2023. Selskapet oppnådde en konsolidert omsetning på 5,23 milliarder USD, en økning på 8 % sammenlignet med året før. 

Det registrerte en bruttofortjeneste på 57,5 %, sammenlignet med 57,7 % året før, og en driftsmargin på 20,9 %, sammenlignet med 21,1 % året før. Driftsinntekten var 1,09 milliarder USD, en økning på 6 % sammenlignet med året før.

Klikk her for en liste over de beste solenergiaksjene å investere i.

#2. Tommy Hilfiger

For Tommy Hilfiger, det globalt anerkjente mote‑ og klesmerket, er solenergidrevne wearables ikke nye, da de introduserte en solcelle‑panel‑utstyrt feltdressjakke allerede i 2014. Jobben ble utført med hjelp fra Pvillion, en solcelleprodusent. Jakken kom med vanntette solcellepaneler som fungerte som bak‑belegg. Disse panelene var designet for å lade enheter via innebygde kabler og USB‑porter. 

Da den ble lansert, ble jakken solgt for 600 USD. Jakken designet av Tommy Hilfiger, i samarbeid med «Pvilion», tjente som inspirasjon. Syv år etter lanseringen, i 2021, kom forskere ved Aalto‑universitetet i Finland med et klesmerke som hadde skjulte solcellepaneler. 

Prosjektet, kjent som Sun‑Powered Textiles, førte til utviklingen av et energiuavhengig produkt som kunne lade wearables‑enheter – sensorer som måler fuktighet eller temperatur – uten å forstyrre plaggets utseende og følelse.

Mens de utdypet unikheten i sin innovasjon, sa Aalto‑universitetets designforsker Elina Ilen:

«Vi laget et demonstrasjons­eksempel, en jakke, hvor lysenergi brukes til å drive integrerte fuktighets‑ og temperatursensorer, med tanke på arbeidstakeren som går inn og ut og utfører fysiske oppgaver daglig.» 

Disse innovasjonene, både fra Tommy Hilfiger og Aalto‑universitetet, er eksempler på hvordan klærne våre kan ha solcellepaneler på en skjult og brukervennlig måte. 

PVH Corp., enheten som eier Tommy Hilfiger‑merket, rapporterte sin 2023‑fjerde‑kvartals‑ og helårsinntekt 1. april 2024. Helårsinntekten økte med 2 % til 9,218 milliarder USD sammenlignet med året før, mens fjerde kvartal 2023 inntekt på 2,490 milliarder USD var uendret sammenlignet med året før. 

Klikk her for å lære hvordan solenergi kan tilby mer enn bare ren energi.

#3. Skagen (Owned by Fossils Group)

I august 2022 lanserte det velkjente klokke‑ og smykkemerket Skagen sin bærekraftige kolleksjon, Grenen Solar. Designet inkluderte en 3‑hånds japansk solenergidrevet bevegelse for presis tidtaking. Den lovet også et seks‑måneders kraftreservoar. På grunn av den solenergidrevne bevegelsen kunne brukeren lade klokken i ethvert lys, naturlig eller kunstig. 

En av Grenen Solars spesialiteter var forpliktelsen til å holde bærekraft i sentrum av sin innovasjonsekspertise. Bærekraften var ikke kun i form av solenergi. Lanseringen av produktet var faktisk i tråd med selskapets visjon og forpliktelse om at klokkene skal bli 100 % bærekraftige i nær fremtid. For dette formålet ble 50 % av stålet brukt i klokken resirkulert rustfritt stål. I tillegg kom den samlede kolleksjonen med fem stiler i en 37 mm kassestørrelse til en utsalgspris på 195 USD. 

I januar 2012 ble Skagen solgt til Fossil Group i en transaksjon på 237 millioner USD. 13. mars 2024 publiserte Fossil Group sin årsrapport for regnskapsåret 2023. I 2023 registrerte selskapet nettoomsetning på mer enn 1,4 milliarder USD, en nedgang fra 2022, da nettoomsetningen var 1,68 milliarder USD.

Alt i alt gjør de ovennevnte produktene og løsningene det tydelig at solenergidrevne wearables ikke er noe nytt. Men som vi viste i begynnelsen, pågår innovasjonen rundt dette i et robust tempo. Det viser vitaliteten og verdien av fornybare energikilder og deres bærekraftspotensial. Flere andre interessante innovasjoner pågår, og vi vil se på et par av dem for å få en idé om hvordan fremtiden ser ut.

Solar‑drevne wearables: Hva fremtiden bringer

I 2017 presenterte forskere designet av et bærbart smart‑armbånd som brukte tynnfilm‑, liten‑form‑faktor‑fleksible fotovoltaiske paneler som energikilde, noe som markerte et betydelig fremskritt innen solenergi‑innhentings‑undersystemer. Målet var å maksimere energieffektiviteten og oppnå et selvforsynt trådløst wearables‑system. 

Ved å utnytte polyamidfilm for full‑system‑integrasjon, viste teknologien seg nyttig i langtidsmonitorering av pasienter eller eldre i helsetjenester. Resultatene var lovende, da ett enkelt fleksibelt solpanel kunne samle opptil 16 megawatt ute og 0,21 megawatt inne. Imponerende var at data samlet av enheten kunne overføres via Bluetooth. 

Fortsettende forskning i helsevesenet resulterte i utviklingen av en batterifri, solenergidrevet bærbar biosensor som kunne utnytte det underutnyttede potensialet i svette‑biomarkører. Forskningens resultat var LumiStat, en solenergidrevet, multifunksjonell wearable som kan utføre autonom svette‑induksjon, dynamisk mikrofluidisk svette‑prøvetaking, multippel overvåkning av svette‑biomarkører og trådløs dataoverføring – et gjennombrudd innen ikke‑invasiv helseteknologi. 

Det faktum at den var solenergidrevet gjorde den i stand til bemerkelsesverdig ytelse, og muliggjorde kontinuerlig drift i mer enn 12 timer under ulike lysforhold. Forskerne testet LumiStat grundig, inkludert en heldags, tverr‑aktivitet, multimodal overvåkning av svette‑biomarkører. Løsningen kunne prestere konsistent i ulike lysmiljøer og fysiske aktiviteter, med strømforbruk som intelligent tilpasset seg tilgjengelig belysning, og sikret kontinuerlige sensorsmålinger.

En forskningsrapport publisert av Nottingham Trent University diskuterte utviklingen av tekstiler med mer enn tusen miniatyr‑solceller. Disse solcellene kunne lade smartklokker og mobiltelefoner. Sammen kunne de utnytte 400 milliwatt (watt) elektrisk energi fra solen. 

Tekstilet var egnet for hverdagsklær og kunne vaskes i maskin på 40 °C sammen med annet tøy. Med en lengde på kun fem millimeter og en bredde på 1,5 millimeter var solcellene innlemmet i en vanntett polymerharpiks. Selv veveren kunne ikke føle dem. 

Ifølge Dr. Hughes‑Riley fra universitetets Advanced Textiles Research Group (ATRG):

«Denne prototypen gir et spennende innblikk i fremtidens potensial for e‑tekstil. Inntil nå har svært få tenkt på at klær eller tekstilprodukter kan brukes til å generere elektrisitet. Materialet vi har utviklet ser ut og oppfører seg som ethvert vanlig tekstil, da det kan krympes og vaskes i maskin.» 

Materialet, som måler 51 cm × 27 cm, var både pustende og kjemisk stabilt. Det inneholdt silisium‑solceller. Denne konfigurasjonen gjorde at materialet kunne generere en effekt på 335,3 watt ved 0,86 sollys, med mulighet til å generere opptil 394 watt når solintensiteten nådde 1,0.

Tydeligvis, med hver dag som går, blir mer forskning tilgjengelig for publikum som viser potensialet til solenergidrevne wearables. Det er spill‑endrende, for å si det mildt, og paradigmeskiftende. Siden løsningene er ment å være festet til kroppen vår til enhver tid, endrer de måten vi interagerer med teknologi på. De fjerner behovet for strømmellomledd som ladestasjoner. De øker vår mobilitet og evne til å utforske mer, samtidig som vi bekymrer oss mindre for hvordan vi holder systemene våre i gang.