Millal tuleb aeg, kui me ei pea oma nutitelefoni enam vooluvõrgust laadima ja see ise ennast näiteks kehasoojusest või päikesevalgusest täis laeb? Vastab füüsik, Tallinna Tehnikaülikooli professor Jaan Kalda.
Kommentaar* ilmus portaalis Novaator.
Mõlemad väljapakutud laadimismehhanismid on küll põhimõtteliselt teostatavad, kuid paraku pole kumbki neist telefonide laadimiseks piisavalt jõudus.
Vaatleme kõigepealt päikesevalgusega laadimist.
Tänapäevased päikesepaneelid suudavad toota elektrienergiat umbes 200 vatti ruutmeetri kohta – eeldusel, et päike paistab otse peale. See arv vastab päikesepaneeli 20-protsendilise kvantefektiivsusele (toodetud energia ja kinnipüütud valgusenergia suhe) ja võib tulevikus natuke tõusta – praegu on uurimislaborites ka kuni peaaegu 50-protsendilise kvantefektiivsusega päikeseelemente.
Oletame, et mobiili tagumine külg on kaetud päikeseelemendiga ja selle pindala on 100 cm2. Sellisel juhul oleks päikese kätte laadima jäetud telefoni laadimisvõimsuseks 2W. Kui telefoni aku mahtuvus on 3,7-voldise pinge juures 1100 mAh, siis laeks aku täis umbes kahe tunniga ja see pole ju üldsegi paha.
Kui päike aga ei paista otse peale, siis langeb valgustatus kümme korda ja pilvise ilmaga koguni sada korda. Ka hästivalgustatud töölaual on valgustatus harilikult umbes sada korda väiksem võrreldes otsese päikesevalgusega.
Seega, kui päike telefonile otse peale ei paista, kuluks laadimiseks juba 20 kuni 200 tundi. Esimene arv vastab laadimisele heleda päevavalguse käes ja teine – pilvise ilmaga või heledas kunstvalguses. See pole enam väga realistlik, ka mitte siis, kui päikeseelementide efektiivsus kasvaks 50 protsendini, vähendades laadimisaega 2,5 korda.
Läheme kehasoojuse juurde.
Kõige efektiivsemad seadmed soojusenergia moondamiseks on nn soojusmasinad, mille tuntumaks näiteks on sisepõlemismootorid. Viimane meile ei sobi, sest tahame toota energiat ilma midagi põletamata, mõõdukal temperatuuril. Nn Stirlingi mootorid töötavad ka mõõdukatel temperatuuridel, aga mobiilis kasutamiseks on need liiga suured.
Ainsad mobiilides kasutamiseks piisavalt väiksed seadmed on termoelektrilised generaatorid, mida nimetatakse ka Seebecki generaatoriteks.
Ääremärkusena olgu öeldud, et 1770. aastal Tallinnas sündinud Thomas Johann Seebeck on tõenäoliselt maailmas tuntuim Eesti päritolu füüsik (loe ka TalTech: Thomas Johann Seebecki Elektroonikainstituut). Termoelektrilised generaatorid on küll väga kompaktsed, aga suhteliselt väikese efektiivsusega. Nii nagu soojusmasinate puhul ikka, sõltub termoelektriliste generaatorite efektiivsus soojendava keha (antud juhul inimihu) ja jahutava keha (toaõhk) vahest.
Kui selleks temperatuurivaheks võtta 20 kraadi, siis pole ka parimate Seebeck'i generaatorite efektiivsus üle ühe protsendi. Rahulikult istuv inimene toodab soojust umbes 100-vatise võimsusega. Kui oletada, et telefon "püüab" sellest kinni ühe protsendi, siis saame generaatori laadimisvõimsuseks 10mW ja laadimisajaks 400 tundi.
Kui sa tahad ka ise rohkem füüsika päriselus kasutamise võimalustest teada saada, siis TalTechi rakendusfüüsika õppeprogramm sobib just sulle. Õppekava abil saad tulevikus olla tipus just tänu oma teadmistele ja loogilisele mõtlemisele. Tutvu täpsemalt õppimisvõimalustega: taltech.ee/rakendusfuusika
*Alates oktoobrist vastavad Tallinna Tehnikaülikooli teadlased Novaatori portaalis lugejate küsimustele teemadel, mis inimesi praegusel ajal kõige enam puudutavad või selgitamist vajavad.