Yeni Geliştirilen Ultra İnce Organik Fotovoltaiklerle Güneş Enerjili Giyilebilir Teknolojiler Yakında Gerçekleşebilir

Güneş enerjisinin devrim niteliğindeki yetenekleri şimdiden şüphesiz kanıtlanmıştır. Artan başarısı, her gün onu zenginleştiren teknolojik yenilikler ve yenilenebilir enerjiye artan talep ile birleştiğinde, küresel akıllı güneş enerjisi pazarı 2022’deki 13 milyar doların altından 2028’de 27 milyar doların üzerine çıkabilir2028’de 27 milyar doları aşacak 2022’deki 13 milyar doların altından.

Büyüme projeksiyonları, pazarın ikiye katlanacağını, fotovoltaik malzemeler, enerji depolama, akıllı şebekeler, güneş enerjisi sistemleri ve daha birçok alanda üst düzey yeniliklerin görüleceğini gösteriyor. Özellikle, güneş enerjisi giyilebilir teknolojiler alanında da iz bırakıyor; araştırmalar ve deneyler yakında güneş enerjili giyilebilir cihazların tanıtılmasını bekliyor.

Giyilebilir Elektronikler için Potansiyel Bir Güç Kaynağı Olarak Ultra Esnek Organik Fotovoltaikler

Nature Communications’ta yayımlanan “Su Geçirmez ve Ultra Esnek Organik Fotovoltaikler ile Geliştirilmiş Arayüz Yapışması” başlıklı yeni araştırma, ultra esnek organik fotovoltaiklerin esnekliği ve hafifliği sayesinde elektronik giyilebilirler için güçlü bir enerji kaynağı olduğunu vurguluyor. Ancak araştırma, bu çözümlerin su geçirmezliğinin, mekanik esneklik ve uyum yetenekleri bozulmadan korunması durumunda hâlâ bir zorluk olduğunu kabul ediyor.

Araştırma, bu sorunun nasıl çözülebileceğini göstererek organik fotovoltaiklerin üstün bir çözüm olarak konumlandırılmasını sağladı. Çözüm, aktif katman ile anot arasındaki arayüz yapışmasını güçlendirmek için delik taşıma katmanının yerinde (in‑situ) büyütülmesini içeriyor. Daha spesifik olmak gerekirse, bu yöntem gümüş elektrodun aktif katmanların üzerine birikmesine izin veriyor. Birikimin ardından termal tavlama uygulanıyor.

Araştırma, yerinde (in‑situ) yöntemin geleneksel yöntemi çok aşarak, yerinde büyütülmüş delik taşıma katmanının aktif katmanlar arasında üstün termodinamik yapışma özelliklerine sahip olduğunu ve böylece su geçirmezlik özelliklerinin iyileştiğini gösterdiğini buldu.

Deneyde, bu yöntemle üretilen üç mikrometre kalınlığındaki organik fotovoltaikler, suya dört saat daldırıldıktan ve su altında %30 gerinimle 300 çekme/serbest bırakma döngüsü uygulandıktan sonra sırasıyla %89 ve %96 oranında ilk performanslarını korudu.

Bu rakamlar, cihazların ince kaplama katmanına rağmen bir makine yıkama testini sorunsuz bir şekilde geçebildiğini kanıtladı.

Genel olarak, deney güneş hücrelerinin su geçirmez hale getirilebileceğini ve büyük ölçekli operasyonlar için uygun olabileceğini gösterdi.

Güneş hücreleri artık kıyafetlere fonksiyonel olarak entegre edilebilecek, yağmur ya da yıkama döngüsüne maruz kaldıktan sonra bile etkili kalabilecek. Bu yenilik, özellikle kıyafetlere takılabilen ve her türlü hava koşulunda çalışabilen giyilebilir elektronik cihazların oluşturulmasında değerli.

Deney hakkında konuşurken ve potansiyel faydasını açıklarken, makalenin ortak yazarlarından Kenjiro Fukuda şu sözleri söyledi:

“Oluşturduğumuz yöntem, daha genel bir şekilde kullanılabilir. Gelecekte, cihazların havaya maruz kalma, güçlü ışık ve mekanik stres gibi diğer alanlardaki stabilitesini artırarak, ultra ince organik güneş hücrelerimizi gerçekten pratik giyilebilir cihazlar için daha da geliştirmeyi planlıyoruz.”

Dünya çapındaki araştırmacılar güneş hücrelerini daha kullanılabilir ve pratik hâle getirmek için çaba gösterirken, bazı şirketler daha geniş bir kitleye fayda sağlayacak ölçeklenebilir çözümler geliştirmek için Ar‑Ge’ye büyük yatırımlar yapıyor.

Termal küpeler hakkında her şeyi öğrenmek için buraya tıklayın.

#1. Garmin

Garmin, pil ömrünü benzeri görülmemiş seviyelere uzatmayı iddia eden tamamen güneş enerjili akıllı giyilebilir bir ürün serisi geliştirdi. Bu seri üç akıllı saatten oluşuyor: Fenix 7 PRO, Instinct 2 ve Forerunner 955 Solar. Ürünler özellikle dış mekan kullanımı için tasarlandı.

Bu akıllı saatler, saatin yüzü kısmen kapalı olsa bile güneş enerjisini toplayabiliyor. Güç yöneticisi özelliği, kullanıcının enerji kullanımını ihtiyaca göre özelleştirmesine olanak tanıyor.

Spesifik bir veri vermek gerekirse, saat ek bir güç kaynağına ihtiyaç duymadan iki aya kadar dış mekan seferlerini sürdürebiliyor. Ayrıca çözüm, diğer saatlere kıyasla %59 daha az karbon emisyonu ürettiği için çevre dostu.

Örneğin Fenix 7 Pro, ultra şeffaf güneş panelleri kullanıyor. Şık tasarımı, güneş ışığını en iyi şekilde absorbe ediyor. Instinct 2, güneş enerjili bir GPS akıllı saat. Forerunner 955 ise özellikle koşu için tasarlandı.

Garmin, çözümlerini inşa ederken birçok teknolojik harikaya imza attı. Örneğin, güç camı sistemi, güneş paneli teknolojisinin kullanım şeklini kökten değiştirdi. Geleneksel güneş panellerini, mikroskobik güneş iletken hücreleri entegre eden süper şeffaf bir cam lensle değiştirdi. Cam panel ultra ince, yarım milimetreden daha az kalınlıkta.

Teknolojik yetkinliğin bir göstergesi olarak, panel sadece fotoelektriği etkili bir şekilde yakalamakla kalmıyor, aynı zamanda Memory‑in‑piece ekran teknolojisini de içererek net ve okunaklı bir ekran oluşturuyor. Doğrudan güneş ışığında bile yüksek netlik ve düşük güç tüketimi, onu sınıfının en iyisi yapıyor.

21 Şubat 2024 tarihinde Garmin® Ltd., 30 Aralık 2023’te sona eren dördüncü çeyrek sonuçlarını açıkladı. Şirket, önceki yıla göre %8 artışla 5,23 milyar dolar konsolide gelir elde etti.

Brüt marjı %57,5 olarak kaydetti; önceki yıl %57,7 idi. Faaliyet marjı %20,9 iken önceki yıl %21,1 idi. Faaliyet geliri 1,09 milyar dolar olup, bir önceki yıla göre %6 artış gösterdi.

Yatırım yapabileceğiniz en iyi güneş enerjili hisse senetleri listesi için buraya tıklayın.

#2. Tommy Hilfiger

Tommy Hilfiger, küresel ölçekte saygı gören moda ve giyim markası, güneş enerjili giyilebilir ürünleri yeni bir şey değil; 2014’te neredeyse bir on yıl önce bir güneş paneli takılı saha ceketi serisi tanıttı. Bu iş, bir güneş üreticisi olan Pvillion’ın yardımıyla gerçekleştirildi. Ceket, su geçirmez güneş panelleriyle birlikte geliyordu ve bu paneller arka astar olarak işlev gördü. Paneller, yerleşik kablolar ve USB portları aracılığıyla cihazları şarj edecek şekilde tasarlandı.

Lansman zamanında ceket 600 ABD $’a satılıyordu. Tommy Hilfiger’in ‘Pvilion’ iş birliğiyle tasarladığı ceket bir ilham kaynağı oldu. Lansmandan yedi yıl sonra, 2021’de Finlandiya’daki Aalto Üniversitesi’nin tasarım ve fizik araştırmacıları, gizli güneş panellerine sahip bir giyim markası ortaya çıkardı.

Sun‑Powered Textiles olarak bilinen proje, giyilebilir cihazları – nem veya sıcaklık ölçen sensörleri – şarj edebilen, enerji‑özerk bir ürün geliştirdi; bu da giysinin görünüm ve hissini bozmadan gerçekleşti.

İnovasyonlarının benzersizliğini açıklarken Aalto Üniversitesi tasarım araştırmacısı Elina Ilen şu sözleri söyledi:

“Işık enerjisinin entegre nem ve sıcaklık sensörlerini beslemek için kullanıldığı bir ceket örnek vakası hazırladık; bu, günlük fiziksel görevleri yapan işçi kullanıcıyı düşünerek tasarlandı.”

Tommy Hilfiger ve Aalto Üniversitesi’nin bu yenilikleri, kıyafetlerimizin gizli ve kullanımı kolay bir şekilde güneş panellerine sahip olabileceğinin örnekleridir.

Tommy Hilfiger markasını sahiplenen PVH Corp. (PVH ), 1 Nisan 2024’te 2023 dördüncü çeyrek ve tam yıl gelirlerini açıkladı. Tam yıl geliri, önceki yıl dönemine göre %2 artarak 9,218 milyar dolar oldu; 2023 dördüncü çeyrek geliri ise 2,490 milyar dolar olarak önceki yıl dönemine göre sabit kaldı.

Güneş enerjisinin sadece temiz enerji sağlamaktan daha fazlasını, kurak bölgelerde temiz su üretimini nasıl mümkün kıldığını öğrenmek için buraya tıklayın.

#3. Skagen (Owned by Fossils Group)

Ağustos 2022’de tanınmış saat ve takı markası Skagen, sürdürülebilir koleksiyonu Grenen Solar’ı piyasaya sürdü. Tasarım, hassas zamanlama için 3‑için‑Japon güneş enerjili hareket içeriyordu ve altı aylık güç rezervi vaat ediyordu. Güneş enerjili hareket sayesinde, kullanıcı doğal ya da yapay ışıkta saati şarj edebiliyordu.

Grenen Solar’ın öne çıkan özelliklerinden biri, sürdürülebilirliği yenilik uzmanlığının merkezine koyma taahhüdüydü. Sürdürülebilirlik sadece güneş enerjisi kullanımıyla sınırlı değildi. Ürünün piyasaya sürülmesi, şirketin yakın gelecekte saatlerini %100 sürdürülebilir hâle getirme vizyonu ve taahhüdüyle uyumluydu. Bu amaçla, saatte kullanılan çeliğin %50’si geri dönüştürülmüş paslanmaz çelikti. Ayrıca koleksiyon, 37 mm kasa boyutunda beş stil ve perakende fiyatı 195 ABD $ ile sunuldu.

Ocak 2012’de Skagen, 237 milyon ABD $’lık bir işlemle Fossil Group’a satıldı. 13 Mart 2024’te Fossil Group, 2023 Mali Yılı için yıllık raporunu yayımladı. 2023’te şirket, önceki yıla göre düşüş gösteren 1,4 milyar ABD $’dan fazla net satış kaydetti; 2022’de ise net satış 1,68 milyar ABD $ idi.

Genel olarak, yukarıdaki ürün ve çözümler, güneş enerjili giyilebilir teknolojilerin yeni bir şey olmadığını açıkça ortaya koyuyor. Ancak, başlangıçta gösterdiğimiz gibi, bu alandaki yenilikler güçlü bir şekilde devam ediyor. Yenilenebilir enerji kaynaklarının canlılığını ve değerini, sürdürülebilirlik potansiyelini gösteriyor. Başka ilginç yenilikler de sürmekte ve geleceğin nasıl şekilleneceğine dair bir fikir edinmek için birkaçına bakacağız.

Güneş Enerjili Giyilebilir Teknolojiler: Gelecek Ne Getiriyor

2017’de araştırmacılar bir tasarım sundular ince film, küçük form faktörlü esnek fotovoltaik panelleri enerji kaynağı olarak kullanan bir akıllı bileklik, güneş enerjisi toplama alt sistemlerinde önemli bir ilerleme işaret ediyordu. Bu tasarım, enerji dönüşüm verimliliğini maksimize etmeyi ve kendi kendine sürdürülebilir kablosuz bir giyilebilir sistem elde etmeyi amaçladı.

Poliamid film kullanarak tam sistem entegrasyonu sağlayan teknoloji, sağlık uygulamalarında hastaların ya da yaşlıların uzun vadeli izlenmesinde faydalı oldu. Sonuçlar umut vericiydi; tek bir esnek güneş paneli dış ortamda 16 megavat, iç ortamda 0,21 megavat güç toplayabiliyordu. Üstelik cihazın topladığı veriler Bluetooth üzerinden aktarılabiliyordu.

Araştırmaların devamı sağlıkta, ter biyobelirteçlerinin kullanılmayan potansiyelini değerlendiren, bataryasız, güneş enerjili bir giyilebilir biyosensör geliştirilmesine yol açtı. Araştırma çıktısı LumiStat oldu; güneş enerjili, çok işlevli bir giyilebilir cihaz, otonom ter induksiyonu, dinamik mikroakışkan ter örnekleme, çoklu ter biyobelirteç izleme ve kablosuz veri iletimi yapabiliyor; bu, invaziv olmayan sağlık izleme teknolojisinde bir atılım.

Güneş enerjili olması, cihazın çeşitli ışık koşullarında 12 saatten fazla kesintisiz çalışmasını sağladı. Araştırmacılar LumiStat’ı, bir gün süren, çoklu aktivite ve multimodal ter biyobelirteç izleme testlerine tabi tuttu. Çözüm, farklı ışık ortamları ve fiziksel aktiviteler arasında tutarlı performans gösterdi; güç tüketimi mevcut aydınlatmaya akıllıca uyum sağlayarak sürekli sensör ölçümlerini garantiledi.

A Nottingham Trent University tarafından yayınlanan bir araştırma raporu, binlerce minik güneş hücresiyle gömülü tekstillerin geliştirilmesinden bahsediyordu. Bu hücreler akıllı saatleri ve mobil telefonları şarj edebiliyordu. Birlikte, güneşten 400 milliwatt (watt) elektrik enerjisi elde edebiliyorlardı.

Tekstil, günlük kıyafetler için uygun ve diğer çamaşırlarla birlikte 40 °C’de makinede yıkanabiliyordu. Uzunluğu sadece beş milimetre, genişliği 1,5 milimetre olan bu güneş hücreleri su geçirmez bir polimer reçine içinde gömülüydü. Dokuma bile hissedilmiyordu.

Üniversitenin Advanced Textiles Research Group (ATRG) araştırmacısı Dr. Hughes‑Riley şöyle açıklıyor:

“Bu prototip, e‑tekstil geleceği için heyecan verici bir bakış sunuyor. Şimdiye kadar çok az kişi, kıyafetlerinin ya da tekstil ürünlerinin elektrik üretebileceğini düşündü. Geliştirdiğimiz malzeme, her zamanki tekstil gibi görünüyor ve davranıyor; katlanabilir ve makinede yıkanabilir.”

51 cm × 27 cm ölçülerindeki malzeme hem nefes alabilir hem de kimyasal olarak stabildi. Silikon güneş hücreleri içeriyordu. Bu yapı, malzemenin 0,86 güneş ışığında 335,3 watt, ışık yoğunluğu 1,0 olduğunda ise 394 watt güç üretebilmesini sağladı.

Açıkça görülüyor ki, her geçen gün halka açık hâle gelen daha fazla araştırma, güneş enerjili giyilebilir teknolojinin potansiyelini gösteriyor. En azından bu, oyun değiştirici ve paradigma kırıcı bir gelişme. Çözümler vücudumuza her an bağlı kalacak şekilde tasarlandığından, teknolojiyle etkileşim şeklimizi değiştiriyor. Şarj istasyonları gibi güç ara birimlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırıyorlar. Mobiliteyi ve keşif yeteneğimizi artırıyor, sistemlerimizin çalışmasını sürdürmek için endişelenmemizi azaltıyor.