Πηγή: cosmosmagazine.com
Διαφορετικά στάδια της διαβαθμισμένης κατασκευής γυάλινης πυραμίδας δείκτη: όταν βρίσκεται σε οπτική επαφή με ένα ηλιακό κύτταρο, η πυραμίδα στο τελικό βήμα (κάτω δεξιά γωνία) απορροφά και συγκεντρώνει το μεγαλύτερο μέρος του προσπίπτοντος φωτός και φαίνεται σκοτεινή. Πίστωση: Νίνα Βάιντια
Οι ηλιακοί συλλέκτες θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στη μελλοντική βιώσιμη παραγωγή ενέργειας, αλλά λειτουργούν καλύτερα όταν το φως του ήλιου τους χτυπά απευθείας. Αυτό μπορεί να είναι ένα πρόβλημα όταν το φως του ήλιου διαχέεται από τη νεφοκάλυψη ή καθώς ο ήλιος περνά πάνω καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας.
Πολλές ηλιακές συστοιχίες περιστρέφονται ενεργά προς τον ήλιο για να συλλάβουν όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργεια. Αυτό τα καθιστά πιο ακριβά και περίπλοκα στην κατασκευή και τη συντήρησή τους από εκείνα που παραμένουν ακίνητα.
Αλλά η κίνησηηλιακοί συλλέκτεςμπορεί να μην είναι απαραίτητο στο μέλλον, επειδή ένας ερευνητής μηχανικής έχει σχεδιάσει μια συσκευή που μπορεί να συλλάβει το 90% του φωτός που πέφτει πάνω του - ανεξάρτητα από τη γωνία ή τη συχνότητά του - και να το συγκεντρώσει για να είναι τρεις φορές πιο φωτεινό.
Οέρευναέχει δημοσιευθεί στο Μικροσυστήματα & Νανομηχανική.
«Είναι ένα εντελώς παθητικό σύστημα - δεν χρειάζεται ενέργεια για να παρακολουθεί την πηγή ή να έχει κινούμενα μέρη», λέει η πρώτη συγγραφέας Δρ Nina Vaidya, η οποία ολοκλήρωσε την έρευνα ως διδακτορική φοιτήτρια στο Πανεπιστήμιο Standford των ΗΠΑ και τώρα είναι επίκουρη καθηγήτρια αστροναυτικής και μηχανικής διαστημικών σκαφών στο Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον του Ηνωμένου Βασιλείου.
«Χωρίς οπτική εστίαση που μετακινεί θέσεις ή ανάγκη για συστήματα παρακολούθησης, η συγκέντρωση του φωτός γίνεται πολύ πιο απλή».
AGILE – Αξονικά Διαβαθμισμένος Φακός Δείκτη
Η συσκευή ονομάζεται AGILE, η οποία σημαίνει αξονικά διαβαθμισμένος φακός δείκτη και μοιάζει με μια ανάποδη γυάλινη πυραμίδα με το σημείο κομμένο.
Λειτουργεί λίγο σαν ένα πώς έναΜεγεθυντικόμπορεί να εστιάσει το φως του ήλιου σε ένα μικρότερο, φωτεινότερο σημείο σε μια ηλιόλουστη μέρα. Αλλά το εστιακό σημείο ενός μεγεθυντικού φακού κινείται όπως ο ήλιος, κάτι που δεν είναι χρήσιμο όταν θέλετε να συγκεντρώσετε το ηλιακό φως σε μια συγκεκριμένη περιοχή ενός φωτοβολταϊκού κυττάρου καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας.
Με το AGILE, το φως εισέρχεται στην ευρεία, τετράγωνη κορυφή από όλες τις γωνίες και διοχετεύεται προς τα κάτω για να συγκεντρωθεί στην ίδια θέση στο κάτω μέρος – δημιουργώντας ένα φωτεινότερο σημείο στη στενή βάση που βρίσκεται πάνω από ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο.
«Θέλαμε να δημιουργήσουμε κάτι που να παίρνει φως και να το συγκεντρώνει στην ίδια θέση, ακόμη και όταν η πηγή αλλάζει κατεύθυνση», εξηγεί ο Vaidya. «Δεν θέλουμε να συνεχίσουμε να κινούμε τον ανιχνευτή ή το ηλιακό μας κύτταρο ή να μετακινούμε το σύστημα για να αντιμετωπίσουμε την πηγή.
Ο ανώτερος συγγραφέας Olav Solgaard, καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανικών στο Stanford και διδακτορικός σύμβουλος του Vaidya, λέει: «Ένα ιδανικό AGILE έχει, στο μπροστινό μέρος του, τον ίδιο δείκτη διάθλασης με τον αέρα και σταδιακά ανεβαίνει - το φως κάμπτεται σε μια απόλυτα ομαλή καμπύλη.
"Αλλά σε μια πρακτική κατάσταση, δεν πρόκειται να έχετε αυτό το ιδανικό AGILE."
Αντ 'αυτού, το πρωτότυπο AGILE είναι κατασκευασμένο από αυτό που είναι γνωστό ως διαβαθμισμένο υλικό δείκτη, το οποίο αποτελείται από διαφορετικά στρώματα γυαλιών και πολυμερών που κάμπτουν το φως σε διαφορετικούς βαθμούς. Αυτά τα στρώματα αλλάζουν την κατεύθυνση του εισερχόμενου φωτός σε βήματα μέχρι να εισέλθει σχεδόν κάθετα προς την έξοδο.
Πηγαίνοντας το AGILE από τη θεωρία στην πραγματικότητα
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη δημιουργία του πρωτοτύπου AGILE ήταν η εύρεση και η δημιουργία των σωστών εμπορικά διαθέσιμων υλικών που θα μπορούσαν να αφήσουν σε ένα ευρύ φάσμα φωτός, να του επιτρέψουν να περάσει και να το λυγίσουν όλο και περισσότερο προς την έξοδο - και όλα αυτά ενώ είναι συμβατά μεταξύ τους.
Για παράδειγμα, εάν ένα γυαλί επεκταθεί ως απόκριση στη θερμότητα με διαφορετικό ρυθμό από ένα άλλο, ολόκληρη η συσκευή θα μπορούσε να σπάσει. Τα υλικά έπρεπε επίσης να είναι αρκετά ανθεκτικά ώστε να είναι κατεργασμένα σε σχήμα και να παραμένουν ανθεκτικά.
Οι πλευρές των πρωτοτύπων καθρεφτίζονται επίσης για να αναπηδήσουν οποιοδήποτε φως πηγαίνει προς τη λάθος κατεύθυνση πίσω προς τη βάση.
Αυτές οι συσκευές AGILE θα μπορούσαν να εγκατασταθούν σε ένα επίπεδο πάνω από τοηλιακά κύτταρα, αντικαθιστώντας την υπάρχουσα ενθυλάκωση που προστατεύει τις ηλιακές συστοιχίες και θα δημιουργούσε ακόμη περισσότερο χώρο για ψύξη και κυκλώματα που θα μπορούσαν να τρέξουν μεταξύ των στενών πυραμίδων των μεμονωμένων συσκευών.
«Για να μπορέσουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα νέα υλικά, αυτές τις νέες τεχνικές κατασκευής και αυτή τη νέα ιδέα AGILE για τη δημιουργία καλύτερων ηλιακών συμπυκνωτών ήταν πολύ ικανοποιητική», καταλήγει ο Vaidya.
«Η άφθονη και οικονομικά προσιτή καθαρή ενέργεια αποτελεί ζωτικό μέρος της αντιμετώπισης των επειγουσών προκλήσεων για το κλίμα και τη βιωσιμότητα και πρέπει να καταλύσουμε τις λύσεις μηχανικής για να το κάνουμε πραγματικότητα».
