Forrás: cosmosmagazine.com
Az osztályozott index üvegpiramis gyártásának különböző szakaszai: amikor optikai érintkezésben van egy napelemmel, a piramis az utolsó lépésben (jobb alsó sarokban) elnyeli és koncentrálja a beeső fény nagy részét, és sötétnek tűnik. Hitel: Nina Vaidya
A napelemek fontos szerepet fognak játszani a jövőbeli fenntartható energiatermelésben, de akkor működnek a legjobban, ha a napfény közvetlenül eléri őket. Ez akkor jelenthet problémát, ha a napfényt felhőtakaró szórja szét, vagy amikor a nap egész nap fent halad.
Sok napelemes tömb aktívan forog a nap felé, hogy minél több energiát rögzítsen. Ez drágábbá és bonyolultabbá teszi őket az építés és a karbantartás, mint azok, amelyek helyhez kötöttek maradnak.
De mozognapelemeklehet, hogy a jövőben nem lesz rá szükség, mert egy mérnöki kutató olyan eszközt tervezett, amely képes megragadni a ráeső fény 90%át – függetlenül annak szögétől vagy frekvenciájától –, és úgy koncentrálni, hogy háromszor fényesebb legyen.
Akutatásmegjelent a Microsystems &Nanoengineering-ben.
"Ez egy teljesen passzív rendszer - nincs szüksége energiára a forrás nyomon követéséhez vagy a mozgó alkatrészek nyomon követéséhez" - mondja az első szerző, Dr. Nina Vaidya, aki doktoranduszként fejezte be a kutatást az egyesült államokbeli Standford Egyetemen, és jelenleg az asztronautika és az űrhajó-tervezés adjunktusa az egyesült királyságbeli Southamptoni Egyetemen.
"A pozíciókat mozgató optikai fókusz vagy a nyomkövető rendszerek iránti igény nélkül a fény koncentrálása sokkal egyszerűbbé válik."
AGILE – Axiálisan osztályozott index lencse
A készüléket AGILE-nak hívják, ami az axiálisan osztályozott indexlencsét jelenti, és úgy néz ki, mint egy fejjel lefelé fordított üvegpiramis, levágva a pontot.
Kicsit úgy működik, mint egy hogyan anagyítóegy napsütéses napon egy kisebb, fényesebb pontra összpontosíthatja a napfényt. De a nagyító fókuszpontja úgy mozog, mint a nap, ami nem segít, ha a napfényt egy fotovoltaikus cella egy adott területére szeretné koncentrálni az egész nap folyamán.
Az AGILE segítségével a fény minden szögből belép a széles, négyzet alakú tetejére, és lefelé tölcséreződik, hogy alul ugyanabban a helyzetben koncentráljon – fényesebb foltot teremtve a keskeny alapnál, amely egy fotovoltaikus cella tetején ül.
"Olyat akartunk létrehozni, ami fényt vesz, és ugyanabba a pozícióba koncentrálja, még akkor is, ha a forrás irányt vált" – magyarázza Vaidya. "Nem akarjuk, hogy folyamatosan mozgassuk a detektorunkat vagy a napelemünket, vagy hogy a rendszert a forrás felé kelljen mozgatnunk.
Olav Solgaard vezető szerző, a Stanford villamosmérnöki professzora és Vaidya doktori tanácsadója azt mondja: "Egy ideális AGILE-nak a legelején ugyanaz a törésmutatója van, mint a levegőnek, és fokozatosan magasabbra emelkedik – a fény tökéletesen sima ívben hajlik.
"De egy gyakorlati helyzetben nem lesz ilyen ideális AGILIS."
Ehelyett az AGILE prototípus az úgynevezett osztályozott indexanyagból készül, amely különböző rétegű szemüvegekből és polimerekből áll, amelyek különböző mértékben hajlítják a fényt. Ezek a rétegek lépésekben változtatják meg a bejövő fény irányát, amíg az szinte függőlegesen be nem jön a kimenet felé.
Az AGILE felvétele az elméletből a valóságba
Az AGILE prototípus létrehozásának egyik legnagyobb kihívása a megfelelő kereskedelmi forgalomban kapható anyagok megtalálása és létrehozása volt, amelyek széles fényspektrumot engedhetnek be, lehetővé teszik, hogy áthaladjon, és egyre inkább a kimenet felé hajlítsa - mindezt úgy, hogy közben kompatibilisek egymással.
Például, ha az egyik pohár a hőre reagálva más sebességgel tágult ki, mint a másik, az egész eszköz megrepedhet. Az anyagoknak elég robusztusnak kell lenniük ahhoz is, hogy formába olvassák őket és tartósak maradjanak.
A prototípusok oldalai is tükrözve vannak, hogy a rossz irányba haladó fényt visszaverjék az alap felé.
Ezeket az AGILE eszközöket egy rétegbe lehetne telepíteni aNapelemek, helyettesítve a meglévő kapszulázást, amely védi a napelemeket, és még több helyet teremtene a hűtés és az áramkör számára, hogy az egyes eszközök szűkülő piramisai között fusson.
"Nagyon kifizetődő volt, hogy ezeket az új anyagokat, ezeket az új gyártási technikákat és ezt az új AGILE koncepciót a jobb napkoncentrátorok létrehozására használhattuk" – összegzi Vaidya.
"A bőséges és megfizethető tiszta energia létfontosságú része a sürgős éghajlati és fenntarthatósági kihívások kezelésének, és katalizálni kell a mérnöki megoldásokat, hogy ez valósággá váljon."
