I sensori collocati nell'ambiente trascorrono lunghi periodi di tempo all'aperto in tutte le condizioni atmosferiche, e devono alimentarsi continuamente per raccogliere dati. Molti, come le celle fotovoltaiche, utilizzare il sole per produrre elettricità, ma alimentare i sensori esterni di notte è una sfida.

dispositivi termoelettrici, che utilizzano la differenza di temperatura tra la parte superiore e inferiore del dispositivo per generare energia, offrire qualche promessa per sfruttare l'energia naturale. Ma, pur essendo più efficiente del fotovoltaico, molti dispositivi termoelettrici invertono il segno della loro tensione, significa che la corrente elettrica cambia la direzione del suo flusso, quando le temperature ambientali cambiano, quindi la tensione scende a zero almeno due volte al giorno.

"Il segno del dispositivo termoelettrico dipende dalla differenza di temperatura tra la parte superiore e inferiore del dispositivo, " ha affermato l'autore Satoshi Ishii. "Il raffreddamento può essere utilizzato per creare una differenza di temperatura rispetto alla temperatura ambiente, e se c'è una differenza di temperatura, la generazione termoelettrica è possibile".

In uno studio pubblicato questa settimana in Lettere di fisica applicata , gli autori hanno testato un dispositivo termoelettrico costituito da un emettitore selettivo in lunghezza d'onda che raffredda costantemente il dispositivo durante il giorno utilizzando il raffreddamento radiativo, la dispersione di energia termica dal dispositivo nell'aria. Di conseguenza, la parte superiore del dispositivo è più fredda della parte inferiore, causando una differenza di temperatura che crea una tensione costante durante il giorno e la notte e le varie condizioni meteorologiche.

Gli autori hanno confrontato un emettitore a banda larga con un emettitore selettivo, mostrando l'emettitore selettivo si evita il problema della caduta di tensione a zero durante le variazioni ambientali della temperatura.

"Per l'emettitore selettivo, è meglio avere l'emissività vicina all'unità nella finestra atmosferica, circa 8-13 micrometri, dove la trasmittanza atmosferica è elevata e l'emissione termica può irradiarsi efficacemente nello spazio, che a sua volta raffredda il dispositivo, " disse Ishi.

Il dispositivo che hanno testato è composto da una pellicola di alluminio spessa 100 nanometri sul fondo di un substrato di vetro. Gli autori hanno scoperto che altre fonti di calore, come il tetto dove potrebbe essere montato un sensore, può aumentare la sua capacità di generare tensione.

"Una grande differenza di temperatura si traduce in una grande tensione termoelettrica, " ha detto Ishii. "Usare il calore sul retro del dispositivo rende la differenza di temperatura tra la parte inferiore e quella superiore più grande, quindi il calore da dietro il dispositivo è vantaggioso per la generazione termoelettrica."