Bron: cosmosmagazine.com
Verschillende stadia van de fabricage van de glaspiramide met graduele index: wanneer in optisch contact met een zonnecel, absorbeert en concentreert de piramide bij de laatste stap (rechtsonder) het grootste deel van het invallende licht en lijkt donker. Krediet: Nina Vaidya
Zonnepanelen zullen een belangrijke rol spelen in de toekomstige duurzame energieproductie, maar ze werken het beste als zonlicht er direct op valt. Dit kan een probleem zijn wanneer het zonlicht wordt verspreid door bewolking of als de zon de hele dag door naar boven gaat.
Veel zonnepanelen draaien actief naar de zon om zoveel mogelijk energie op te vangen. Dit maakt ze duurder en ingewikkelder om te bouwen en te onderhouden dan degenen die stationair blijven.
Maar verhuizenzonnepanelenin de toekomst misschien niet nodig, omdat een technisch onderzoeker een apparaat heeft ontworpen dat 90 procent van het licht dat erop valt kan opvangen - ongeacht de hoek of frequentie - en het drie keer helderder kan concentreren.
DeOnderzoekis gepubliceerd in Microsystems & Nanoengineering.
"Het is een volledig passief systeem - het heeft geen energie nodig om de bron te volgen of bewegende delen te hebben", zegt eerste auteur dr. Nina Vaidya, die het onderzoek voltooide als doctoraalstudent aan de Standford University, VS, en nu assistent is professor in ruimtevaart en ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Southampton, VK.
"Zonder optische focus die posities verplaatst of de behoefte aan volgsystemen, wordt het concentreren van licht veel eenvoudiger."
AGILE - Axiaal gegradeerde indexlens
Het apparaat heet AGILE, wat staat voor axiale graduele indexlens, en het ziet eruit als een omgekeerde glazen piramide waarvan de punt is afgesneden.
Het werkt een beetje als een hoe eenvergrootglaskan zonlicht op een zonnige dag op een kleiner, helderder punt concentreren. Maar het brandpunt van een vergrootglas beweegt mee met de zon, wat niet handig is als je het zonlicht de hele dag op een specifiek gebied van een fotovoltaïsche cel wilt concentreren.
Met AGILE komt licht vanuit alle hoeken de brede, vierkante bovenkant binnen en wordt het naar beneden geleid om zich op dezelfde positie aan de onderkant te concentreren - waardoor een helderdere plek ontstaat op de smalle basis die bovenop een fotovoltaïsche cel zit.
"We wilden iets creëren dat licht opneemt en het op dezelfde positie concentreert, zelfs als de bron van richting verandert", legt Vaidya uit. "We willen niet dat we onze detector of zonnecel moeten blijven verplaatsen, of dat het systeem naar de bron moet blijven kijken.
Senior auteur Olav Solgaard, hoogleraar elektrotechniek aan Stanford en Vaidya's doctoraal adviseur, zegt: "Een ideale AGILE heeft helemaal vooraan dezelfde brekingsindex als de lucht en wordt geleidelijk hoger - het licht buigt in een perfect gladde ronding.
"Maar in de praktijk zul je niet die ideale AGILE hebben."
In plaats daarvan is het prototype AGILE gemaakt van wat bekend staat als een materiaal met een graduele index, dat bestaat uit verschillende glaslagen en polymeren die licht in verschillende mate afbuigen. Deze lagen veranderen de richting van het binnenkomende licht stapsgewijs totdat het bijna verticaal naar de uitgang komt.
AGILE van theorie naar realiteit brengen
Een van de grootste uitdagingen bij het maken van het AGILE-prototype was het vinden en maken van de juiste in de handel verkrijgbare materialen die een breed spectrum aan licht doorlaten, doorlaten en steeds meer naar de output buigen - en dat terwijl ze compatibel met elkaar zijn .
Als het ene glas bijvoorbeeld uitzet als reactie op warmte met een andere snelheid dan het andere, kan het hele apparaat barsten. De materialen moesten ook robuust genoeg zijn om in vorm te worden bewerkt en duurzaam te blijven.
De zijkanten van de prototypes zijn ook gespiegeld om licht dat in de verkeerde richting gaat, terug naar de basis te kaatsen.
Deze AGILE-apparaten kunnen in een laag bovenop worden geïnstalleerdzonnepanelen, ter vervanging van de bestaande inkapseling die zonnepanelen beschermt, en zou zelfs meer ruimte creëren voor koeling en circuits om tussen de smaller wordende piramides van de afzonderlijke apparaten te lopen.
"Het was zeer de moeite waard om deze nieuwe materialen, deze nieuwe fabricagetechnieken en dit nieuwe AGILE-concept te gebruiken om betere zonneconcentratoren te creëren", besluit Vaidya.
"Overvloedige en betaalbare schone energie is een essentieel onderdeel van het aanpakken van de urgente uitdagingen op het gebied van klimaat en duurzaamheid, en we moeten technische oplossingen katalyseren om dat te realiseren."
