Allikas: cosmosmagazine.com
Sorteeritud indeksiga klaasist püramiidi valmistamise erinevad etapid: päikesepatareiga optilises kontaktis olev püramiid viimases etapis (paremal alumisel nurgal) neelab ja kontsentreerib suurema osa langevast valgusest ning näib olevat tume. Krediit: Nina Vaidya
Päikesepaneelid mängivad tulevases säästvas energiatootmises olulist rolli, kuid need töötavad kõige paremini siis, kui päikesevalgus neid otse tabab. See võib olla probleem, kui päikesevalgust hajutab pilvkate või kui päike liigub üle päeva.
Paljud päikesemassiivid pöörlevad aktiivselt päikese poole, et püüda võimalikult palju energiat. See muudab need kallimaks ja keerulisemaks ehitada ja hooldada kui paigal seisvad.
Aga liigubpäikesepaneelidei pruugi edaspidi vajalik olla, sest inseneriteadlane on konstrueerinud seadme, mis suudab püüda 90 protsenti sellele langevast valgusest – olenemata selle nurgast või sagedusest – ja koondada kolm korda heledamaks.
Theuurimineon avaldatud ajakirjas Microsystems & Nanoengineering.
"See on täiesti passiivne süsteem – see ei vaja allika jälgimiseks energiat ega liikuvaid osi," ütleb esimene autor dr Nina Vaidya, kes lõpetas uuringu USA-s Standfordi ülikooli doktorandina ja on nüüd assistent. Ühendkuningriigi Southamptoni ülikooli astronautika ja kosmoselaevade inseneri professor.
"Ilma optilise fookuseta, mis muudab positsioone või pole vaja jälgimissüsteeme, muutub valguse koondamine palju lihtsamaks."
AGILE – aksiaalselt gradueeritud indeksobjektiiv
Seadet nimetatakse AGILE, mis tähistab aksiaalselt gradueeritud indeksobjektiivi ja see näeb välja nagu tagurpidi klaaspüramiid, mille punkt on ära lõigatud.
See töötab natuke nagu kuidas asuurendusklaassuudab päikesepaistelisel päeval suunata päikesevalguse väiksemasse ja heledamasse punkti. Kuid suurendusklaasi fookuspunkt liigub nagu päike, mis ei ole kasulik, kui soovite koondada päikesevalguse kogu päeva jooksul teatud fotogalvaanilise elemendi piirkonda.
AGILE'i abil siseneb valgus laiale, ruudukujulisele ülaosale kõigist nurkadest ja suunatakse alla, et koonduda samasse alaossa – luues heledama koha kitsale alusele, mis asub fotogalvaanilise elemendi peal.
"Tahtsime luua midagi, mis võtab valgust sisse ja koondab selle samasse kohta, isegi kui allikas suunda muudab," selgitab Vaidya. "Me ei taha oma detektorit või päikesepatarei pidevalt liigutada ega liigutada süsteemi allika poole.
Vanemautor Olav Solgaard, Stanfordi elektrotehnika professor ja Vaidya doktorinõunik, ütleb: "Ideaalsel AGILE'il on selle esiosas sama murdumisnäitaja kui õhul ja see tõuseb järk-järgult kõrgemale – valgus paindub ideaalselt sisse. sile kõver.
"Kuid praktilises olukorras pole teil seda ideaalset AGILE't."
Selle asemel on prototüüp AGILE valmistatud nn sorteeritud indeksmaterjalist, mis koosneb erinevatest klaasikihtidest ja polümeeridest, mis painutavad valgust erineval määral. Need kihid muudavad sissetuleva valguse suunda astmeliselt, kuni see siseneb peaaegu vertikaalselt väljundi suunas.
AGILE'i viimine teooriast reaalsusesse
Üks suurimaid väljakutseid AGILE prototüübi loomisel oli leida ja luua õiged kaubanduslikult saadaolevad materjalid, mis laseksid läbi laia valgusspektri, võimaldaksid sellel läbida ja painutavad seda üha enam väljundi poole – olles samal ajal üksteisega ühilduvad. .
Näiteks kui üks klaas paisub kuumuse toimel erineva kiirusega kui teine, võib kogu seade puruneda. Materjalid pidid olema ka piisavalt vastupidavad, et neid vormida ja need püsiksid vastupidavad.
Prototüüpide küljed on samuti peegeldatud, et põrgataks vales suunas liikuv valgus tagasi aluse poole.
Neid AGILE seadmeid saab paigaldada kihina pealepäikesepatareid, asendades olemasoleva kapseldamise, mis kaitseb päikesepatareisid ja tekitaks isegi rohkem ruumi jahutuseks ja vooluringideks, mis jooksevad üksikute seadmete kitsenevate püramiidide vahel.
"Nende uute materjalide, nende uute valmistamistehnikate ja uue AGILE kontseptsiooni kasutamine paremate päikesekontsentraatorite loomiseks on olnud väga rahuldust pakkuv," lõpetab Vaidya.
"Rikkalik ja taskukohane puhas energia on kiireloomuliste kliima- ja jätkusuutlikkuse väljakutsetega tegelemise oluline osa ning me peame katalüüsima insenerilahendusi, et muuta see reaalsuseks."
