Источник: www.cosmosmagazine.com
Различные этапы изготовления пирамиды из стекла с градиентным показателем преломления: при оптическом контакте с солнечным элементом пирамида на последнем этапе (нижний правый угол) поглощает и концентрирует большую часть падающего света и выглядит темной. Кредит: Нина Вайдья
Солнечные панели будут играть важную роль в будущем устойчивом производстве энергии, но они работают лучше всего, когда на них падает прямой солнечный свет. Это может быть проблемой, когда солнечный свет рассеивается облачным покровом или когда солнце проходит над головой в течение дня.
Многие солнечные батареи активно вращаются по направлению к солнцу, чтобы собрать как можно больше энергии. Это делает их более дорогими и сложными в строительстве и обслуживании, чем те, которые остаются стационарными.
Но двигатьсясолнечные панелиможет не понадобиться в будущем, потому что инженер-исследователь разработал устройство, которое может улавливать 90 процентов падающего на него света — независимо от его угла или частоты — и концентрировать его, чтобы сделать его в три раза ярче.
исследовательская работабыла опубликована в Microsystems & Nanoengineering.
«Это полностью пассивная система — ей не нужна энергия для отслеживания источника или каких-либо движущихся частей», — говорит первый автор, доктор Нина Вайдья, которая завершила исследование в качестве докторанта в Стэндфордском университете, США, а сейчас работает ассистентом. профессор астронавтики и космической техники Саутгемптонского университета, Великобритания.
«Без оптического фокуса, который перемещает позиции, или необходимости в системах слежения, концентрация света становится намного проще».
AGILE — линза с градуированным осевым индексом
Устройство называется AGILE, что означает линза с градуированным осевым индексом, и выглядит оно как перевернутая стеклянная пирамида с обрезанным концом.
Это немного похоже на то, какувеличительное стекломожет сфокусировать солнечный свет в меньшую, более яркую точку в солнечный день. Но фокус увеличительного стекла перемещается вместе с солнцем, что бесполезно, когда вы хотите сосредоточить солнечный свет на определенной области фотоэлектрического элемента в течение всего дня.
С помощью AGILE свет попадает в широкую квадратную верхнюю часть со всех сторон и направляется вниз, чтобы сконцентрироваться в одном и том же месте внизу, создавая более яркое пятно на узком основании, которое находится наверху фотогальванического элемента.
«Мы хотели создать что-то, что поглощает свет и концентрирует его в одном и том же месте, даже когда источник меняет направление», — объясняет Вайдья. «Мы не хотим постоянно перемещать наш детектор или солнечный элемент или перемещать систему лицом к источнику.
Старший автор Олав Солгаард, профессор электротехники в Стэнфорде и научный руководитель доктора Вайдьи, говорит: «Идеальный AGILE имеет в самой передней части тот же показатель преломления, что и у воздуха, и постепенно он становится выше — свет преломляется в идеальной форме. плавная кривая.
«Но в практической ситуации у вас не будет идеального AGILE».
Вместо этого прототип AGILE изготовлен из так называемого материала с градиентным индексом, состоящего из различных слоев стекла и полимеров, преломляющих свет в разной степени. Эти слои меняют направление входящего света пошагово, пока он не станет почти вертикально к выходу.
От теории к реальности
Одной из самых больших проблем при создании прототипа AGILE было найти и создать подходящие коммерчески доступные материалы, которые могли бы пропускать широкий спектр света, позволять ему проходить и преломлять его все больше к выходу - и все это при том, что они были бы совместимы друг с другом. .
Например, если одно стекло расширится под воздействием тепла с другой скоростью, чем другое, все устройство может треснуть. Материалы также должны были быть достаточно прочными, чтобы их можно было обработать, и они оставались прочными.
Стороны прототипов также зеркально отражены, чтобы отражать любой свет, идущий в неправильном направлении, обратно к основанию.
Эти устройства AGILE могут быть установлены слоем поверхсолнечные батареи, заменив существующую инкапсуляцию, которая защищает солнечные батареи, и даже создаст больше места для охлаждения и схем, которые будут работать между сужающимися пирамидами отдельных устройств.
«Возможность использовать эти новые материалы, эти новые методы изготовления и эту новую концепцию AGILE для создания лучших солнечных концентраторов была очень полезной», — заключает Вайдья.
«Обильная и доступная чистая энергия является жизненно важной частью решения неотложных проблем, связанных с климатом и устойчивостью, и нам необходимо катализировать инженерные решения, чтобы сделать это реальностью».
