Zdroj: cosmosmagazine.com
Různé fáze výroby stupňovité skleněné pyramidy: když je pyramida v optickém kontaktu se solárním článkem, pyramida v posledním kroku (pravý dolní roh) pohltí a soustředí většinu dopadajícího světla a jeví se jako tmavá. Kredit: Nina Vaidya
Solární panely budou hrát hlavní roli v budoucí udržitelné výrobě energie, ale nejlépe fungují, když na ně přímo dopadá sluneční světlo. To může být problém, když je sluneční světlo rozptýleno oblačností nebo když slunce prochází přes den.
Mnoho solárních polí se aktivně otáčí směrem ke slunci, aby zachytilo co nejvíce energie. To je činí dražšími a komplikovanějšími na stavbu a údržbu než ty, které zůstávají stacionární.
Ale stěhovánísolární panelynemusí být v budoucnu nutné, protože inženýrský výzkumník navrhl zařízení, které dokáže zachytit 90 procent světla, které na něj dopadá – bez ohledu na jeho úhel nebo frekvenci – a soustředit ho tak, aby bylo třikrát jasnější.
Thevýzkumbyla publikována v Microsystems & Nanoengineering.
„Je to zcela pasivní systém – ke sledování zdroje nepotřebuje energii ani nemá žádné pohyblivé části,“ říká první autorka Dr Nina Vaidyaová, která dokončila výzkum jako doktorandka na Standfordské univerzitě v USA a nyní je asistentkou. profesor astronautiky a inženýrství kosmických lodí na University of Southampton ve Velké Británii.
"Bez optického ostření, které posouvá pozice nebo potřeby sledovacích systémů, se koncentrace světla stává mnohem jednodušší."
AGILE – Axially Graded Index Lens
Zařízení se nazývá AGILE, což je zkratka pro axiálně odstupňovanou indexovou čočku, a vypadá jako obrácená skleněná pyramida s odříznutým hrotem.
Funguje to trochu jako aZvětšovací sklodokáže zaměřit sluneční světlo do menšího, jasnějšího bodu za slunečného dne. Ale ohnisko lupy se pohybuje stejně jako slunce, což není užitečné, když chcete soustředit sluneční světlo na určitou oblast fotovoltaického článku po celý den.
S AGILE světlo vstupuje do široké, čtvercové horní části ze všech úhlů a je směřováno dolů, aby se soustředilo na stejnou pozici dole – vytváří jasnější bod na úzké základně, která je umístěna na vrcholu fotovoltaického článku.
„Chtěli jsme vytvořit něco, co zachytí světlo a soustředí ho na stejnou pozici, i když zdroj mění směr,“ vysvětluje Vaidya. "Nechceme neustále pohybovat naším detektorem nebo solárním článkem nebo pohybovat systémem směrem ke zdroji."
Senior autor Olav Solgaard, profesor elektrotechniky na Stanfordu a doktorský poradce Vaidyi, říká: „Ideální AGILE má úplně vpředu stejný index lomu jako vzduch a postupně se zvyšuje – světlo se dokonale ohýbá. hladká křivka.
"Ale v praktické situaci nebudete mít ideální AGILE."
Místo toho je prototyp AGILE vyroben z materiálu známého jako odstupňovaný index, který se skládá z různých vrstev skel a polymerů, které ohýbají světlo v různé míře. Tyto vrstvy mění směr přicházejícího světla v krocích, dokud nevstoupí téměř svisle směrem k výstupu.
Převedení AGILE od teorie k realitě
Jednou z největších výzev při vytváření prototypu AGILE bylo nalezení a vytvoření správných komerčně dostupných materiálů, které by mohly propouštět široké spektrum světla, propouštět ho a stále více ho ohýbat směrem k výstupu – to vše při vzájemné kompatibilitě. .
Pokud by se například jedno sklo expandovalo v reakci na teplo jinou rychlostí než jiné, mohlo by celé zařízení prasknout. Materiály také musely být dostatečně robustní, aby mohly být opracovány do tvaru a zůstaly odolné.
Strany prototypů jsou také zrcadlené, aby odrazily jakékoli světlo jdoucí špatným směrem zpět k základně.
Tato AGILE zařízení by mohla být instalována ve vrstvě nad nimisolární články, nahrazující stávající zapouzdření, které chrání solární pole, a dokonce by vytvořilo více prostoru pro chlazení a obvody pro vedení mezi zužujícími se pyramidami jednotlivých zařízení.
"Možnost používat tyto nové materiály, tyto nové výrobní techniky a tento nový koncept AGILE k vytvoření lepších solárních koncentrátorů bylo velmi přínosné," uzavírá Vaidya.
"Dostatek a cenově dostupné čisté energie je životně důležitou součástí řešení naléhavých výzev v oblasti klimatu a udržitelnosti a potřebujeme katalyzovat technická řešení, aby se to stalo skutečností."
