Font: cosmosmagazine.com
Diferents etapes de la fabricació de la piràmide de vidre d'índex graduat: quan està en contacte òptic amb una cèl·lula solar, la piràmide del pas final (canton inferior dret) absorbeix i concentra la major part de la llum incident i apareix fosca. Crèdit: Nina Vaidya
Els panells solars tindran un paper important en la futura producció d'energia sostenible, però funcionen millor quan la llum solar els incideix directament. Això pot ser un problema quan la llum solar es difon per la coberta de núvols o quan el sol passa per sobre durant tot el dia.
Molts panells solars giren activament cap al sol per capturar la màxima energia possible. Això els fa més cars i complicats de construir i mantenir que els que romanen estacionaris.
Però en movimentpanells solarspot ser que no sigui necessari en el futur, perquè un investigador d'enginyeria ha dissenyat un dispositiu que pot capturar el 90 per cent de la llum que hi cau, independentment del seu angle o freqüència, i concentrar-la perquè sigui tres vegades més brillant.
Elrecercas'ha publicat a Microsystems & Nanoengineering.
"És un sistema completament passiu: no necessita energia per rastrejar la font ni tenir cap part mòbil", diu la primera autora, la doctora Nina Vaidya, que va completar la investigació com a estudiant de doctorat a la Universitat de Standford, EUA, i ara és assistent. professor d'astronàutica i enginyeria de naus espacials a la Universitat de Southampton, Regne Unit.
"Sense enfocament òptic que mou posicions o necessitat de sistemes de seguiment, concentrar la llum es fa molt més senzill".
AGILE - Lent d'índex de graduació axial
El dispositiu s'anomena AGILE, que significa lent índex graduat axialment, i sembla una piràmide de vidre cap per avall amb el punt tallat.
Funciona una mica com un com alupapot enfocar la llum solar en un punt més petit i més brillant en un dia assolellat. Però el punt focal d'una lupa es mou com ho fa el sol, cosa que no és útil quan es vol concentrar la llum solar en una àrea específica d'una cèl·lula fotovoltaica durant tot el dia.
Amb AGILE, la llum entra a la part superior ampla i quadrada des de tots els angles i s'encamina cap avall per concentrar-se a la mateixa posició a la part inferior, creant un punt més brillant a la base estreta que es troba a la part superior d'una cèl·lula fotovoltaica.
"Volíem crear alguna cosa que prengui la llum i la concentrés en la mateixa posició, fins i tot quan la font canvia de direcció", explica Vaidya. "No volem haver de seguir movent el nostre detector o la cèl·lula solar, ni moure el sistema per fer front a la font.
L'autor principal Olav Solgaard, professor d'enginyeria elèctrica a Stanford i assessor doctoral de Vaidya, diu: "Un AGILE ideal té, al davant, el mateix índex de refracció que l'aire i augmenta gradualment: la llum es doblega perfectament. corba suau.
"Però en una situació pràctica, no tindreu aquest AGILE ideal".
En canvi, el prototip AGILE està fet del que es coneix com a material d'índex graduat, que consta de diferents capes de vidres i polímers que dobleguen la llum a diferents graus. Aquestes capes canvien la direcció de la llum entrant per passos fins que arriba gairebé verticalment cap a la sortida.
Portant AGILE de la teoria a la realitat
Un dels majors reptes a l'hora de crear el prototip AGILE va ser trobar i crear els materials adequats disponibles comercialment que poguessin deixar entrar un ampli espectre de llum, permetre'l passar i inclinar-lo cada cop més cap a la sortida, tot alhora que fossin compatibles entre ells. .
Per exemple, si un vidre s'expandís en resposta a la calor a un ritme diferent de l'altre, tot el dispositiu podria trencar-se. Els materials també havien de ser prou robusts per ser mecanitzats en forma i mantenir-se duradors.
Els costats dels prototips també es reflecteixen per rebotar qualsevol llum que va en la direcció equivocada cap a la base.
Aquests dispositius AGILE es podrien instal·lar en una capa a la part superiorcèl·lules solars, substituint l'encapsulació existent que protegeix les matrius solars, i fins i tot crearia més espai per a la refrigeració i els circuits entre les piràmides reduïdes dels dispositius individuals.
"Poder utilitzar aquests nous materials, aquestes noves tècniques de fabricació i aquest nou concepte AGILE per crear millors concentradors solars ha estat molt gratificant", conclou Vaidya.
"L'energia neta abundant i assequible és una part vital per abordar els reptes urgents del clima i la sostenibilitat, i hem de catalitzar solucions d'enginyeria per fer-ho realitat".
