Feasibility of powering wearable devices with textile-integrated solar cells
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2020-08-17
Department
Major/Subject
Biosensing and Bioelectronics
Mcode
ELEC3045
Degree programme
LST - Master's Programme in Life Science Technologies (TS2013)
Language
en
Pages
82
Series
Abstract
As part of research work in co-innovation project Sun-Powered Textiles, this thesis studies the feasibility of powering wearable devices with textile-covered solar cells. Integrating commercial solar cells into textiles by covering them with a textile is a simple yet efficient novel solution inspired by the facades in building-integrated photovoltaics. The solution allows visually hiding or camouflaging the solar cells under the fabric or patterns in it. Thereby, the integration of solar cells can be performed in an aesthetically pleasing way, without compromising the needs of design, while still producing enough energy for powering energy autonomous wearable devices. The feasibility of the idea was analyzed in this thesis from various aspects. Methods for quantifying the suitability of a textile for use as solar cell cover were developed. Means for measuring textile transmittance, opacity and color were compared, and the power harvesting capability was estimated for combinations of different textile, solar cell and lighting condition. Furthermore, the feasibility was assessed by evaluating the solar cell area required for energy autonomous function of a few existing, commercial wearable devices, as well as through preliminary washing tests of the textile solar cell component. Ultimately, the feasibility of the demo case developed jointly by the project partners was analyzed with the methods introduced in the thesis. The energy harvesting depends on the light source and its availability, characteristics of the solar cell as well as the most essential textile property: transmittance. Devices with daily average energy consumption up to few hundred milliwatt-hours could be entirely powered by textile-covered solar cells. This includes e.g. tiny Internet of Things sensors integrated in garments, as suggested in the project demo case.Tässä diplomityössä tutkitaan tekstiilipäällysteisten aurinkokennojen soveltuvuutta puettavan elektroniikan tehonlähteeksi osana Sun-Powered Textiles --yhteisinnovaatioprojektia. Aurinkokennon peittäminen kankaalla on yksinkertainen, mutta tehokas tapa integroida energiakeruu tekstiiliin tekemättä kompromisseja tekstiilisuunnittelun estetiikan kustannuksella. Rakennuksiin integroiduista aurinkopaneeleista inspiraationsa saaneessa teknologiassa aurinkokennot voidaan piilottaa kokonaan kankaan alle tai naamioida kankaan kuvioihin niin, että kennot silti tuottavat tarpeeksi energiaa mahdollistaakseen kannettavien laitteiden energiaomavaraisen toiminnan. Teknologian soveltuvuutta kannettavien laitteiden tehonlähteeksi analysoitiin tässä diplomityössä monesta näkökulmasta. Tekstiilin soveltuvuutta aurinkokennon peitteeksi mitattiin eri tavoin: tekstiilin transmittanssin, läpinäkyvyyden ja värin mittaamisen metodeja vertailtiin keskenään, sekä arvioitiin eri aurinkokennojen tehontuottoa eri valaistusolosuhteissa ja eri kankailla päällystettynä. Lisäksi laskettiin, kuinka suuri aurinkokennopinta-ala vaadittaisiin muutamien kaupallisten laitteiden energiaomavaraisuuden mahdollistamiseen. Aurinkokennotekstiilikomponenttien ja teknologian käyttökelpoisuutta arvioitiin myös alustavien pesutestien kautta. Lopuksi työssä tarkastelluilla metodeilla analysoitiin projektissa kehitettävien esimerkkisovellusten toteutettavuutta. Kerättävissä olevan energian määrä riippuu valon lähteestä ja saatavuudesta, aurinkokennon ominaisuuksista sekä tekstiilien olennaisimmasta ominaisuudesta eli transmittanssista. Tekstiilipäällysteisillä aurinkokennoilla voidaan mahdollistaa omavarainen toiminta laitteille, jotka kuluttavat päivässä keskimäärin joitakin satoja milliwattitunteja. Tällaisia laitteita ovat mm. pienet vaatteisiin integroitavat anturit, joita myös kehitetään projektin esimerkkisovelluksissa.Description
Supervisor
Laurila, TomiThesis advisor
Halme, JanneKeywords
textile-integrated solar cells, smart textiles, energy autonomous wearable devices, textile transmittance
