Źródło: cosmosmagazine.com
Różne etapy wytwarzania piramidy ze szkła gradientowego: w kontakcie optycznym z ogniwem słonecznym piramida na ostatnim etapie (prawy dolny róg) pochłania i koncentruje większość padającego światła i wydaje się ciemna. Źródło: Nina Vaidya
Panele słoneczne będą odgrywać ważną rolę w przyszłej zrównoważonej produkcji energii, ale działają najlepiej, gdy światło słoneczne pada na nie bezpośrednio. Może to stanowić problem, gdy światło słoneczne jest rozpraszane przez zachmurzenie lub gdy słońce przechodzi przez cały dzień.
Wiele paneli słonecznych aktywnie obraca się w kierunku słońca, aby wychwycić jak najwięcej energii. To sprawia, że są one droższe i bardziej skomplikowane w budowie i utrzymaniu niż te, które pozostają stacjonarne.
Ale w ruchupanele słonecznemoże nie być konieczne w przyszłości, ponieważ naukowiec inżynier zaprojektował urządzenie, które może przechwycić 90 procent padającego na nie światła – niezależnie od jego kąta lub częstotliwości – i skoncentrować je, aby było trzykrotnie jaśniejsze.
TheBadaniazostał opublikowany w Microsystems & Nanoengineering.
„Jest to całkowicie pasywny system – nie potrzebuje energii do śledzenia źródła ani nie zawiera żadnych ruchomych części” – mówi pierwsza autorka, dr Nina Vaidya, która ukończyła badania jako doktorantka na Uniwersytecie Standford w USA, a obecnie jest asystentem profesor astronautyki i inżynierii statków kosmicznych na Uniwersytecie Southampton w Wielkiej Brytanii.
„Bez optycznego ogniskowania, które zmienia pozycje, lub potrzeby stosowania systemów śledzenia, koncentracja światła staje się znacznie prostsza”.
AGILE – soczewka indeksująca z podziałką osiową
Urządzenie nosi nazwę AGILE, co oznacza osiowo stopniowaną soczewkę indeksującą i wygląda jak odwrócona szklana piramida z odciętym punktem.
Działa to trochę tak, jakszkło powiększającemoże skupić światło słoneczne na mniejszym, jaśniejszym punkcie w słoneczny dzień. Ale ognisko szkła powiększającego porusza się tak jak słońce, co nie jest pomocne, gdy chcesz skoncentrować światło słoneczne na określonym obszarze ogniwa fotowoltaicznego przez cały dzień.
Dzięki AGILE światło wpada do szerokiego, kwadratowego blatu ze wszystkich stron i jest kierowane w dół, aby skoncentrować się w tej samej pozycji na dole – tworząc jaśniejszy punkt w wąskiej podstawie, która znajduje się na górze ogniwa fotowoltaicznego.
„Chcieliśmy stworzyć coś, co przyjmie światło i skupi je w tej samej pozycji, nawet gdy źródło zmienia kierunek”, wyjaśnia Vaidya. „Nie chcemy ciągle przesuwać naszego detektora lub ogniwa słonecznego ani przesuwać systemu w stronę źródła.
Starszy autor Olav Solgaard, profesor elektrotechniki w Stanford i doradca doktorancki Vaidyi, mówi: „Idealny AGILE ma na samym początku taki sam współczynnik załamania jak powietrze i stopniowo się podnosi – światło ugina się idealnie gładka krzywa.
„Ale w praktycznej sytuacji nie będziesz miał idealnej Zwinności”.
Zamiast tego prototyp AGILE jest wykonany z materiału zwanego stopniowanym materiałem indeksującym, który składa się z różnych warstw szkieł i polimerów, które zaginają światło w różnym stopniu. Warstwy te stopniowo zmieniają kierunek padającego światła, aż do momentu, gdy pada ono prawie pionowo w kierunku wyjścia.
Przeniesienie AGILE z teorii do rzeczywistości
Jednym z największych wyzwań przy tworzeniu prototypu AGILE było znalezienie i stworzenie odpowiednich dostępnych na rynku materiałów, które mogłyby przepuszczać szerokie spektrum światła, przepuszczać je i coraz bardziej naginać w kierunku wyjścia – a wszystko to przy zachowaniu wzajemnej kompatybilności .
Na przykład, jeśli jedno szkło rozszerzy się w odpowiedzi na ciepło w innym tempie niż drugie, całe urządzenie może pęknąć. Materiały musiały być również wystarczająco wytrzymałe, aby można je było obrabiać do kształtu i zachować trwałość.
Boki prototypów są również zwierciadlane, aby odbijać światło padające w złym kierunku z powrotem w stronę bazy.
Te urządzenia AGILE można zainstalować w warstwie na wierzchuogniwa słoneczne, zastępując istniejącą enkapsulację, która chroni panele słoneczne, a nawet stworzyłaby więcej miejsca na chłodzenie i obwody biegnące między zwężającymi się piramidami poszczególnych urządzeń.
„Możliwość wykorzystania tych nowych materiałów, nowych technik wytwarzania i nowej koncepcji AGILE do tworzenia lepszych koncentratorów słonecznych była bardzo satysfakcjonująca” – podsumowuje Vaidya.
„Obfita i przystępna cenowo czysta energia jest istotną częścią rozwiązywania pilnych wyzwań związanych z klimatem i zrównoważonym rozwojem, a my musimy katalizować rozwiązania inżynieryjne, aby to urzeczywistnić”.
