Solenergidrivna wearables blir snart möjliga med nyutvecklade ultratunna organiska fotovoltaiska celler

Solenergis revolutionerande kapacitet har redan bevisats utan tvivel. Med sin växande framgång, kombinerat med teknologiska innovationer som förbättrar den varje dag och den ökande efterfrågan på förnybar energi, kan den globala smarta solenergimarknaden överstiga 27 miljarder USD år 2028 från under 13 miljarder USD år 2022.

Tillväxtprognoserna indikerar en fördubbling av marknaden, med högkvalitativa innovationer inom fotovoltaiska material, energilagring, smarta nät, solenergisystem och mycket mer. Noterbart är att solenergi också gör avtryck inom bärbar teknik, med forskning och experiment som snart förväntas introducera solenergidrivna wearables. 

Ultraflexibla organiska fotovoltaiska celler som en potentiell energikälla för bärbar elektronik

Ny forskning publicerad i Nature Communications, med titeln ‘Vattentäta och ultraflexibla organiska fotovoltaiska celler med förbättrad gränssnittshy adhesion’, framhäver de ultraflexibla organiska fotovoltaikernas töjbarhet och lätta karaktär, vilket gör dem till en kraftfull energikälla för elektroniska wearables. Forskningen erkänner dock att vattentäta dessa lösningar förblir en utmaning om deras mekaniska flexibilitet och anpassningsförmåga ska bevaras oförändrade. 

Den har visat hur denna utmaning kan hanteras, vilket i princip placerar organiska fotovoltaiska celler som en överlägsen lösning. Lösningen innebär att utnyttja den in-situ tillväxten av ett håltransportlager för att stärka gränssnittshy adhesion mellan den aktiva lagret och anod. Mer specifikt tillåter lösningen att en silverelektrod deponeras ovanpå de aktiva lagren. Depositionen följs av termisk glödgning. 

Forskningen finner att den in-situ metoden vida överträffar den konventionella genom att visa att det in-situ odlade håltransportlagret har överlägsna termodynamiska adhesionsegenskaper mellan de aktiva lagren, vilket leder till förbättrade vattentäthetsegenskaper.

I experimentet behöll tre mikrometer tjocka organiska fotovoltaiska celler tillverkade med denna metod 89 % respektive 96 % av sin ursprungliga prestanda även efter att ha varit nedsänkta i vatten i fyra timmar och genomgått 300 sträcknings-/släppcykler vid 30 % påfrestning under vatten.

Medan dessa siffror vittnade om deras flexibilitet och vattentäthetsfunktioner, genomgick enheterna utan problem ett maskintvätttest trots deras tunna kapslingslager. 

Sammanfattningsvis kunde experimentet visa hur solceller kan bli vattentäta och lämpade för storskalig drift. 

Solcellerna kan nu funktionellt integreras i kläder och förbli effektiva även efter att ha utsatts för regn eller en tvättcykel. Denna innovation är därför särskilt betydelsefull eftersom den kan vara värdefull för att skapa bärbara elektroniska enheter som kan fästas på kläder och fungera i alla slags väderförhållanden. 

När han talade om experimentet och utvecklade dess potentiella nytta, hade Kenjiro Fukuda, en av motsvarande författare till artikeln, följande att säga:

“Det vi har skapat är en metod som kan användas mer generellt. Med blicken mot framtiden, genom att förbättra stabiliteten hos enheter i andra områden, såsom exponering för luft, starkt ljus och mekanisk stress, planerar vi att vidareutveckla våra ultratunna organiska solceller så att de kan användas för riktigt praktiska bärbara enheter.”

Medan forskare världen över är angelägna om att göra solceller mer användbara och praktiskt betydelsefulla, investerar vissa företag kraftigt i forskning och utveckling för att utveckla skalbara lösningar som gynnar en större befolkning. 

Klicka här för att lära dig allt om termiska örhängen.

#1. Garmin

Garmin har utvecklat en hel serie solenergidrivna smarta wearables som påstår att förlänga batteritiden till oöverträffade nivåer. Serien inkluderar tre smartklockor: Fenix 7 PRO, Instinct 2, och Forerunner 955 Solar. Den har utformat produkterna, särskilt för utomhusbruk. 

Dessa smartklockor kan utnyttja solenergi även när urtavlan delvis är skuggad. Deras strömhanteringsfunktion låter användaren anpassa och skräddarsy energianvändningen efter behov.  

För att ge specifika uppgifter kan klockan klara utomhusexpeditioner i upp till två månader utan att behöva någon extra strömkälla. Dessutom är lösningen miljövänlig eftersom den producerar 59 % mindre koldioxidutsläpp än andra klockor. 

Fenix 7 Pro, till exempel, utnyttjar ultratransparenta solpaneler. Dess eleganta design kan optimera ljusabsorptionen. Instinct 2 är en solenergidriven GPS-smartklocka. Forerunner 955 är specifikt designad för löpning. 

Garmin har uppnått många teknologiska underverk i utvecklingen av sina lösningar. Till exempel har deras power glass-system radikalt förändrat hur solpanelsteknik används. Det har ersatt konventionella solpaneler med en supertransparent glaslins som integrerar mikroskopiska solledande celler. Glaspanelen är ultratunn, mindre än en halv millimeter. 

I en demonstration av teknologisk skicklighet är panelen inte bara kapabel att effektivt fånga fotoelektricitet utan även integrerar Memory-in-piece display-teknik för att skapa en klar och läsbar skärm. Hög klarhet och låg strömförbrukning, även i direkt solljus, gör den till bäst i klassen. 

Den 21 februari 2024, Garmin® Ltd. annonserade sina resultat för fjärde kvartalet som avslutades den 30 december 2023. Företaget hade en konsoliderad omsättning på 5,23 miljarder USD, en ökning med 8 % jämfört med föregående år. 

Den registrerade en bruttomarginal på 57,5 %, jämfört med 57,7 % föregående år, och en rörelsemarginal på 20,9 %, jämfört med 21,1 % föregående år. Rörelseresultatet var 1,09 miljarder USD, en ökning med 6 % jämfört med föregående år.

Klicka här för en lista över de bästa solenergiaktierna att investera i.

#2. Tommy Hilfiger

För Tommy Hilfiger, det globalt hyllade mode- och klädmärket, är solenergidrivna wearables inte nya, då de introducerade en solpanelutrustad fältjacka redan nästan ett decennium tidigare, år 2014. Projektet genomfördes med hjälp av Pvillion, en solenergitillverkare. Jackan levererades med vattentäta solpaneler som fungerade som bakre fodral. Dessa paneler var designade för att ladda enheter via inbyggda kablar och USB-portar. 

Vid lanseringen såldes jackan för 600 USD. Jackan, designad av Tommy Hilfiger i samarbete med ‘Pvilion’, tjänade som inspiration. Sju år efter lanseringen, år 2021, utvecklade forskare inom design och fysik vid Finlands Aalto-universitet ett klädmärke med dolda solpaneler. 

Projektet, känt som Sun-Powered Textiles, ledde till utvecklingen av en energiautonom produkt som kunde ladda bärbara enheter – sensorer som mäter luftfuktighet eller temperatur – utan att störa plaggets utseende och känsla.

När hon utvecklade unikheten i deras innovation hade Aalto-universitetets designforskare Elina Ilen följande att säga:

“Vi skapade ett demonstrationsfall, en jacka, där ljusenergi används för att driva integrerade fukt- och temperatursensorer, med tanke på arbetsklädesanvändaren som går in och ut och utför fysiska uppgifter dagligen.” 

Dessa innovationer, både från Tommy Hilfiger och Aalto-universitetet, är exempel på hur våra kläder kan ha solpaneler på ett diskret och användarvänligt sätt. 

PVH Corp. (PVH ), enheten som äger Tommy Hilfiger-varumärket, rapporterade sina resultat för fjärde kvartalet 2023 och hela året den 1 april 2024. Årsomsättningen ökade med 2 % till 9,218 miljarder USD jämfört med föregående år, medan fjärde kvartalet 2023 omsatte 2,490 miljarder USD, oförändrat jämfört med föregående år. 

Klicka här för att lära dig hur solenergi kan erbjuda mer än bara ren energi.

#3. Skagen (Owned by Fossils Group)

I augusti 2022 lanserade det välkända klock- och smyckesmärket Skagen sin hållbara kollektion, Grenen Solar. Designen inkluderade en japansk solenergidriven rörelse med tre visare för exakt tidtagning. Den lovade också en sexmånaders kraftreserv. Tack vare dess solenergidrivna rörelse kan personen som bär den ladda klockan i vilket ljus som helst, naturligt eller artificiellt. 

En av specialiteterna hos Grenen Solar var dess engagemang för att hålla hållbarhet i centrum av sin innovationskompetens. Och hållbarhet var inte bara i form av att använda solenergi. Produktens lansering var faktiskt i linje med företagets vision och engagemang att göra sina klockor 100 % hållbara inom en snar framtid. För detta ändamål var 50 % av stålet som användes i klockan återvunnet rostfritt stål. Dessutom kom hela kollektionen med fem modeller i ett 37 mm boettstorlek till ett detaljhandelspris på 195 USD. 

I januari 2012 såldes Skagen till Fossil Group i en transaktion på 237 miljoner USD. Den 13 mars 2024 publicerade Fossil Group sin årsrapport för räkenskapsåret 2023. År 2023 registrerade företaget nettoförsäljning på mer än 1,4 miljarder USD, en nedgång från 2022, då det noterade nettoförsäljning på 1,68 miljarder USD.

Sammanfattningsvis visar ovanstående produkter och lösningar tydligt att solenergidrivna wearables inte är något nytt. Men som vi visade i början är innovationen kring dem starkt pågående. Det visar förnybara energikällors vitalitet och värde samt deras hållbarhetspotential. Flera andra intressanta innovationer pågår, och vi kommer att titta på ett par av dem för att få en uppfattning om hur framtiden ser ut.

Solenergidrivna wearables: Vad framtiden har att erbjuda

År 2017, presenterade forskare designen av ett bärbart smart armband som använde tunnfilm, liten formfaktor flexibla fotovoltaiska paneler som energikälla, vilket markerade ett betydande framsteg inom solenergiuppsamling. Målet var att maximera energieffektiviteten och uppnå ett självförsörjande trådlöst bärbart system. 

Genom att utnyttja polyamidfilm för fullständig systemintegration visade tekniken sig fördelaktig för långsiktig övervakning av patienter eller äldre i vårdtillämpningar. Resultaten var lovande, då en enda flexibel solpanel kunde samla in upp till 16 megawatt utomhus och 0,21 megawatt inomhus. Imponerande nog kunde data som samlats in av enheten överföras via Bluetooth. 

Fortsatt forskning inom vården ledde till utvecklingen av en batterifri, solenergidriven bärbar biosensor som kunde utnyttja den underutnyttjade potentialen hos svettbiomarkörer. Forskningsresultatet var LumiStat, en solenergidriven, multifunktionell bärbar enhet som kan utföra autonom svettinduktion, dynamisk mikrofluidisk svettprovtagning, multiplexad övervakning av svettbiomarkörer och trådlös dataöverföring, ett genombrott inom icke-invasiv hälsomonitorering.

Att vara solenergidriven gjorde den kapabel till anmärkningsvärd prestanda, möjliggörande kontinuerlig drift i mer än 12 timmar under olika ljusförhållanden. Forskarna utsatte LumiStat för rigorösa tester, inklusive en heldags, tväraktivitet multimodal övervakning av svettbiomarkörer. Lösningen kunde prestera konsekvent över olika ljusmiljöer och fysiska aktiviteter, med strömförbrukning som intelligent anpassades till tillgängligt ljus, vilket säkerställde kontinuerliga sensormätningar.

A forskningsrapport publicerad av Nottingham Trent University diskuterade utvecklingen av textilier med mer än tusen miniatyrsolceller. Dessa solceller kunde ladda smartklockor och mobiltelefoner. Tillsammans kunde de samla in 400 milliwatt (watt) elektrisk energi från solen. 

Textilen var lämplig för vardagskläder och kunde tvättas i maskin vid 40 °C tillsammans med annan tvätt. Med en längd på endast fem millimeter och en bredd på 1,5 millimeter var solcellerna inbäddade i en vattentät polymerharts. Till och med vävaren kunde inte känna dem. 

Enligt Dr Hughes-Riley från universitetets Advanced Textiles Research Group (ATRG):

“Detta prototyp ger en spännande inblick i framtida potential för e-texter. Fram till nu har väldigt få tänkt på att deras kläder eller textilprodukter kan användas för att generera elektricitet. Materialet vi har utvecklat ser ut och beter sig som vilken vanlig textil som helst, eftersom det kan knådas och tvättas i en maskin.”

Materialet, med måtten 51 cm gånger 27 cm, var både andningsbart och kemiskt stabilt. Det innehöll kiselbaserade solceller. Denna konfiguration möjliggjorde att materialet kunde generera en effekt på 335,3 watt vid 0,86 solinstrålning, med förmåga att generera upp till 394 watt när solinstrålningen nådde 1,0.

Uppenbarligen blir mer forskning tillgänglig för allmänheten varje dag som visar potentialen för solenergidriven bärbar teknik. Det är i grund och botten banbrytande och paradigmförändrande. Eftersom lösningarna är avsedda att vara fästa på våra kroppar hela tiden, förändrar de hur vi interagerar med teknik. De eliminerar behovet av energimellanliggare såsom laddningsstationer. De ökar vår rörlighet och förmåga att utforska mer samtidigt som vi oroar oss mindre för hur vi håller våra system igång.