Roger Angel jest astronomem, którego innowacyjne projekty zwierciadeł teleskopów radykalnie zmieniły sposób, w jaki widzimy gwiazdy i galaktyki. Opracował lekkie, o strukturze plastra miodu zwierciadła dla największych i najmocniejszych teleskopów na świecie, w tym dużego teleskopu lornetkowego na górze Graham w Arizonie i gigantycznego teleskopu Magellana, który jest obecnie w budowie w Chile. Jest profesorem Regentów i kierownikiem Steward Observatory Mirror Lab na University of Arizona (UA), a także stypendystą MacArthur „genialny grant”. W 2010 roku zdobył prestiżową nagrodę Kavli za astrofizykę. Ale ostatnio myślał więcej o życiu na naszej planecie.
„Martwiłem się o globalne ocieplenie”, mówi Angel, i zaczął rozważać rozwiązania tak śmiałe (i ostatecznie nieopłacalne), jak umieszczenie gigantycznych osłon przeciwsłonecznych w kosmosie w celu ochłodzenia planety. Ale kiedy jego żona zapytała go: „Czy nie możesz zrobić czegoś z globalnym ociepleniem?”, Poważnie zaczął myśleć o tym, w jaki sposób jego lustra teleskopowe mogłyby zostać wykorzystane do generowania czystej energii. Teraz Angel zaprojektował system, który wykorzystuje lustra z małymi ogniwami słonecznymi do wykorzystania światła i generowania energii elektrycznej, który może potencjalnie być bardziej opłacalny niż cokolwiek innego na rynku.
Próba wykorzystania mocy słońca nie jest niczym nowym; wiele firm i wynalazców od dziesięcioleci analizuje problem najskuteczniejszego gromadzenia, przetwarzania i wykorzystywania energii słonecznej. Technologia ogniw fotowoltaicznych (PV), które wychwytują promienie słoneczne, poprawiła się z czasem, ale wciąż istnieje kilka lepkich elementów układanki wytwarzania elektryczności słonecznej. Niektóre z tych problemów obejmują ilość ciepła wytwarzanego przez istniejące techniki, przestrzeń potrzebną do ogniw słonecznych i koszty.
Angel rozwiązuje kilka z tych problemów za pomocą swojego nowego systemu. „Jest to całkowicie samodzielna jednostka, która zamienia światło w energię i odrzuca ciepło”, mówi. Wokół jego laboratorium w Tucson rozrzucone są narzędzia, skrawki metalu, kawałki ogniw PV i inne elementy urządzenia. Po złożeniu będzie się składać z kilku kwadratowych lusterek przymocowanych do dużej, lekkiej stalowej ramy, która wygląda jak siłownia w dżungli. Każde lustro odbija światło we własnej kostce (PCU) zainstalowanej powyżej jego środka. PCU to małe pudełko z kulką ze stopionej krzemionki na końcu skierowaną w stronę lustra. Gdy światło słoneczne uderza w lustro, paraboliczny kształt lustra skupia wiązkę bezpośrednio w kuli, która z kolei skupia światło na zakrzywionej matrycy 36 małych ogniw PV. Komórki przekształcają światło w elektryczność.
Każde lustro odbija światło we własnej kostce (PCU) zainstalowanej powyżej jego środka. (Dzięki uprzejmości Rehnu) 
Astronom Roger Angel próbuje wykorzystać moc Słońca dzięki nowej technologii opracowanej dla teleskopów. Przedstawiony na zdjęciu moduł śledzący energię słoneczną wytwarza obecnie 2 kW energii elektrycznej. (Dzięki uprzejmości University of Arizona) 
Zbliżenie przekonwertowanego układu, przedstawiające kulkę krzemionkową o średnicy 5 cali i obudowę odblaskową mieszczącą potrójne ogniwa łączące. (Dzięki uprzejmości University of Arizona) „Ogniwa zamieniają około 40 procent światła w elektryczność”, mówi Angel, zauważając, że jest to bardzo wydajne w przypadku systemu energii słonecznej. Jego innowacje obejmują również układ chłodzenia wykorzystujący technologię podobną do stosowanej w chipach komputerowych i silnikach samochodowych. „Dzięki temu chipy pozostają wyjątkowo chłodne: 20 stopni C powyżej temperatury otoczenia” - mówi. Dodatkową zaletą układu chłodzenia jest to, że nie wykorzystuje wody, szczególnie cennego zasobu na pustyniach, na których działa wiele układów słonecznych; zamiast tego stosuje się recyrkulowany płyn chłodzący.
„Nikt nigdy nie zbudował systemu, który wykorzystuje tak wydajną, lekką konstrukcję ramy przestrzennej, aby zminimalizować ilość stali i utrzymać lusterka. Nikt nie tworzy głęboko szklanych zwierciadeł, które są tak praktyczne i niedrogie, a nikt nie zrobił takiego PCU - mówi Angel.
Alex Cronin, fizyk z University of Arizona, który prowadzi badania niezależne od Angel na ogniwach fotowoltaicznych, zgadza się. Angel „zoptymalizował [ten układ słoneczny] jak teleskop”, mówi Cronin. „To przykład rozciągania koperty w nowym kierunku. Zaprojektował go z najmniejszą ilością stali i żelaza. W przyszłości zobaczymy więcej tego. On przewodzi branży. ”
Angel mówi, że jego projekt ma „dziedzictwo z astronomii”. Ale teleskopy w astronomii służą do koncentrowania bardzo słabego, odległego światła, podczas gdy lustra tutaj odgrywają inną rolę. „Przeszliśmy od jednej skrajności polegającej na tworzeniu najdoskonalszych zwierciadeł, jakie możesz wymyślić, do najtańszych, które są„ wystarczająco dobre ”. ”
Mogą być tańsze, ale nie chcesz stać w centrum jednego z jego luster. Angel niedawno przetestował lustro o szerokości trzech metrów, które skupiało światło słoneczne na kawałku stali o grubości sześciu milimetrów. W ciągu 15 sekund wiązka wypaliła dziurę w stali wielkości jednej czwartej.
Oprócz zwierciadeł innymi krytycznymi elementami jego systemu są ogniwa fotowoltaiczne w PCU. Zamiast używać typowych krzemowych ogniw słonecznych, bierze wskazówkę z góry: „Rzeczą, która zwróciła moją uwagę, jest to, że ostatnio rodzaj ogniw fotowoltaicznych używanych w kosmosie [na przykład do zasilania stacji kosmicznej] został przystosowany do użycia w ziemia ”- mówi. „Ze światła, które do nich dociera, zamieniasz dwa razy więcej energii w energię elektryczną.” To oszczędza pieniądze i przestrzeń w systemie. „Wiele osób zauważyło cudowne właściwości” nowszych ogniw, zwanych ogniwami PV z potrójnym złączem, „ale wyzwaniem jest uzyskanie skoncentrowanego światła na nich bez obciążania budżetu”.
Słynny naukowiec przecina hałas powodowany przez globalne ocieplenie i przedstawia faktyZa pomocą kulki krzemionkowej światło słoneczne padające na lustro może być skupione na obszarze komórek o wielkości jednej tysięcznej wielkości lustra, a koszt ogniw staje się o jedną dziesiątą taki sam na wytworzony wat w porównaniu z energią słoneczną panele, które nie wykorzystują technologii Angel.
Celem Anioła jest stworzenie energii słonecznej w skali użyteczności w cenie, która konkuruje z paliwami kopalnymi, co dziś nie istnieje. „Myślę, że to, co robimy, ma spore szanse. Architektura, którą opracowaliśmy w ciągu ostatnich kilku lat, jest nowym podejściem i ma na celu przede wszystkim obniżenie kosztów. ”
Część opłacalności wynika ze zdolności Angel do korzystania z już istniejących procesów produkcyjnych. Jego opatentowany i zgłoszony do opatentowania system (obejmujący montaż, optykę i użycie ogniw PV) jest na tyle prosty, że można go produkować na dużą skalę, a on wraz z zespołem naukowców i doktorantów z University of Arizona bada sposoby na usprawnienie metod produkcji masowej.
Nawet otoczenie dla jego badań i rozwoju pomaga obniżyć koszty. Prototyp zespołu Angel przypominającego dżunglę i siłownię zbudowano w opuszczonym basenie za siłownią w kampusie UA, miejscu, w którym kiedyś znajdowała się antena satelitarna dla stacji telewizyjnej Tucson. „Ta konkretna przestrzeń ma doskonały widok na południowe niebo od świtu do zmierzchu i jest dwie minuty spacerem od mojego biura”, mówi, a region ma około 350 słonecznych dni w roku. Inną korzyścią z pobytu w Arizonie jest to, że „jesteśmy za dwie do trzech godzin za Wschodnim Wybrzeżem, co oznacza, że słońce wciąż świeci w Arizonie w czasie szczytowego zapotrzebowania na Wschodzie”, mówi.
Anioł był częściowo napędzany do rozwijania energii słonecznej z powodu czegoś, co zaobserwował na Ziemi. Jego dom znajduje się w pobliżu rzeki i obserwował, jak z czasem woda spada. „Odkąd jestem w domu, poziom wody spadł o trzy stopy” - mówi. „Degradacja rzeki to coś, co widzę w czasie rzeczywistym na moich oczach z powodu przeludnienia. Pogodziłem się, że moja piękna rzeka wyschnie, ale nie chcę pogodzić się z planetą, która jest skazana na taki nieszczęsny los. ”
Alaina G. Levine jest pisarzem naukowym z siedzibą w Tucson w Arizonie.
