Tato malá skleněná pyramida by mohla pomoci s levnější výrobou solárních panelů

Výzkumníci ze Stanfordské univerzity vyvinuli nový optický koncentrátor, který dokáže zvýšit kapacitu solárních panelů na výrobu energie. S tímto objevem odpadá potřeba nutně sledovat sluneční záření, píše sever Interesting Engineering.

Překážky v solární energii

Fotovoltaické články fungují nejlépe, když na ně přímo dopadá sluneční světlo. Aby bylo během dne k dispozici sluneční světlo, vědci se spoléhali na sledování slunečního záření při pohybu panelů v synchronizaci se sluncem, když se pohybuje po obloze. Instalace těchto systémů však zvyšuje náklady na nasazení solárních panelů. A právě finanční stránka věci je významnou překážkou pro jejich široké přijetí.

Možným řešením tohoto problému by byla instalace lupy nad panely. Ta by mohla soustředit sluneční světlo do jednoho bodu, pohyb slunce by však způsobil, že by se koncentrovaná sluneční skvrna pohybovala také přes panely, což by opět zkomplikovalo jejich konstrukci.

Stanfordské řešení problému

Výzkumnice Nina Vaidya ze Stanfordské univerzity zkonstruovala malé zařízení, které dokáže soustředit světlo dopadající z libovolného úhlu a při jakékoli frekvenci, a poté jej nasměrovat do jediného bodu na panelu.

Zařízení se nazývá Axially Graded Index Lens (AGILE) a má podobu skleněné pyramidy v převrácené poloze. Výzkumnice uvedla, že se jedná o zcela pasivní systém – pyramida nepotřebuje energii ke sledování zdroje ani žádné pohyblivé části. Díky absenci optického ostření, které posouvá pozice nebo potřeby sledovacích systémů, se světlo soustředí na jedno místo mnohem jednodušeji.

Ve spolupráci se svým doktorským školitelem Olavem Solgaardem Vaidya navrhla, že umělý materiál s hladce zvýšeným indexem lomu může ohýbat přicházející světlo a nasměrovat ho do jednoho bodu. Index lomu je měřítkem toho, jak rychle světlo prochází materiálem.

Z teorie do praxe

Vědci experimentovali s mnoha materiály, včetně skla a polymerů, aby vyrobili zařízení s odstupňovaným indexem lomu. Prototypy měly na bocích také zrcadla, aby jakékoli světlo, které by uniklo, bylo posláno zpět. Použití směsi materiálů mělo ale tu nevýhodu, že se mohl prototyp za tepla různě roztahovat, což vedlo k prasklinám v zařízení. Ve finále byli vědci schopni pomocí nových výrobních technik 3D tisku zkonstruovat AGILE pomocí komerčně dostupných polymerů a skel.

V prototypech vyrobených a testovaných vědci zachytili 90 procent světla, které dopadlo na povrch AGILE, a to vytvořilo skvrny, které byly třikrát jasnější než dopadající světlo. Čočka také pracuje se širokým spektrem světla od ultrafialového po infračervené, stejně jako se světlem rozptýleným v důsledku změn počasí nebo atmosférických podmínek.

Vrstva AGILE nainstalovaná na solárních panelech by mohla nejen pomoci při odstraňování ochranných vrstev, které se v současnosti používají, ale také vytvořit prostor pro chlazení a okruhy mezi obrácenými pyramidami. Se sníženou povrchovou plochou potřebnou pro výrobu energie by se solární panely mohly zmenšit, což by výrazně snížilo výrobní náklady.

Výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Microsystems and Nanoengineering.

Zdroj: Interesting Engineering