Kilde: cosmosmagazine.com
Forskellige stadier af den graduerede indeksglaspyramidefabrikation: Når pyramiden i optisk kontakt med en solcelle er i sidste trin (nederste højre hjørne), absorberer og koncentrerer det meste af det indfaldende lys og fremstår mørkt. Kreditering: Nina Vaidya
Solpaneler vil spille en stor rolle i fremtidens bæredygtige energiproduktion, men de fungerer bedst, når sollyset rammer dem direkte. Dette kan være et problem, når sollys diffunderes af skydække, eller når solen passerer over hele dagen.
Mange solpaneler roterer aktivt mod solen for at fange så meget energi som muligt. Dette gør dem dyrere og komplicerede at bygge og vedligeholde end dem, der forbliver stationære.
Men bevæger sigSolpanelermåske ikke er nødvendigt i fremtiden, fordi en ingeniørforsker har designet en enhed, der kan fange 90% af det lys, der falder på den - uanset dens vinkel eller frekvens - og koncentrere den til at være tre gange lysere.
Denforskninger publiceret i Microsystems & Nanoengineering.
"Det er et helt passivt system - det behøver ikke energi til at spore kilden eller have nogen bevægelige dele," siger førsteforfatter Dr. Nina Vaidya, der afsluttede forskningen som ph.d.-studerende ved Standford University, USA, og nu er assisterende professor i astronautik og rumfartøjsteknik ved University of Southampton, Storbritannien.
"Uden optisk fokus, der flytter positioner eller behov for sporingssystemer, bliver det meget enklere at koncentrere lyset."
AGILE – Aksialt klassificeret indeksobjektiv
Enheden hedder AGILE, som står for aksialt gradueret indekslinse, og det ligner en omvendt glaspyramide med punktet afskåret.
Det fungerer lidt som en hvordan enforstørrelsesglaskan fokusere sollys til et mindre, lysere punkt på en solskinsdag. Men et forstørrelsesglass fokuspunkt bevæger sig som solen gør, hvilket ikke er nyttigt, når du vil koncentrere sollys til et bestemt område af en solcelle hele dagen.
Med AGILE kommer lyset ind i den brede, firkantede top fra alle vinkler og kanaliseres ned for at koncentrere sig på samme position i bunden – hvilket skaber et lysere sted ved den smalle base, der sidder oven på en solcelle.
"Vi ønskede at skabe noget, der tager lys ind og koncentrerer det i samme position, selvom kilden ændrer retning," forklarer Vaidya. "Vi ønsker ikke at skulle blive ved med at flytte vores detektor eller solcelle eller flytte systemet for at vende mod kilden.
Seniorforfatter Olav Solgaard, professor i elektroteknik ved Stanford og Vaidyas ph.d.-rådgiver, siger: "En ideel AGILE har helt forrest i den samme brydningsindeks som luften, og den bliver gradvist højere – lyset bøjer i en perfekt jævn kurve.
"Men i en praktisk situation vil du ikke have den ideelle AGILE."
I stedet er prototypen AGILE lavet af det, der kaldes et gradueret indeksmateriale, som består af forskellige lag af briller og polymerer, der bøjer lys i forskellige grader. Disse lag ændrer det indkommende lyss retning i trin, indtil det kommer ind næsten lodret mod udgangen.
At tage AGILE fra teori til virkelighed
En af de største udfordringer ved at skabe AGILE-prototypen var at finde og skabe de rigtige kommercielt tilgængelige materialer, der kunne lukke et bredt spektrum af lys ind, lade det passere igennem og bøje det i stigende grad mod outputtet - alt sammen samtidig med at det var kompatibelt med hinanden.
For eksempel, hvis et glas ekspanderede som reaktion på varme med en anden hastighed end en anden, kunne hele enheden knække. Materialerne skulle også være robuste nok til at blive bearbejdet i form og forblive holdbare.
Siderne af prototyperne spejles også for at hoppe ethvert lys, der går i den forkerte retning tilbage mod basen.
Disse AGILE-enheder kunne installeres i et lag oven påsolceller, der erstatter den eksisterende indkapsling, der beskytter solpaneler, og ville endda skabe mere plads til køling og kredsløb til at løbe mellem de enkelte enheders indsnævringspyramider.
"At kunne bruge disse nye materialer, disse nye fabrikationsteknikker og dette nye AGILE-koncept til at skabe bedre solkoncentratorer har været meget givende," konkluderer Vaidya.
"Rigelig og overkommelig ren energi er en afgørende del af håndteringen af de presserende klima- og bæredygtighedsudfordringer, og vi er nødt til at katalysere tekniske løsninger for at gøre det til virkelighed."
