Inżynierowie, którzy starają się uczynić energię słoneczną bardziej przystępną dla przeciętnego użytkownika, od dawna mają do czynienia z zagadką. Panele słoneczne wychwytują znacznie więcej energii, gdy mogą przesuwać się, aby śledzić ruch słońca po niebie. Ale urządzenia potrzebne do przesuwania paneli są drogie i na ogół są zbyt ciężkie, aby stosować je na pochyłych dachach.
powiązana zawartość
- To ogniwo słoneczne może unosić się na bańce
- USA mogą przejść na energię głównie odnawialną, bez baterii
- Obejrzyj ten kawałek papieru, złóż się i odejdź
Teraz naukowcy z University of Michigan pożyczyli od kirigami, japońskiej sztuki cięcia papieru, aby stworzyć nowy rodzaj panelu śledzenia. Płaskie plastikowe arkusze ogniw słonecznych są nacinane małymi nacięciami za pomocą lasera. Po pociągnięciu arkusze otwierają się na trzy wymiary, oferując podniesione powierzchnie skierowane w stronę słońca.
„Mamy tutaj bardzo cienkie podłoże. Jest lekki, nie musi być przechylany za pomocą dużych podpór ani maszyn ”- mówi Max Shtein, profesor nadzwyczajny inżynierii materiałowej na uniwersytecie. „Wszystko, co musisz zrobić, to trochę go rozciągnąć.”
Ogniwa słoneczne kirigami są wynikiem współpracy zespołu Shteina i artysty papierowego Matthew Shliana. Shlian, znany ze swoich futurystycznie rzeźb wykonanych z geometrycznie złożonego, plisowanego i krojonego papieru, przybył do laboratorium Shteina kilka lat temu, szukając naukowców do współpracy. On i Shtein natychmiast go uruchomili. Spotykali się regularnie, próbując dowiedzieć się, w jaki sposób doświadczenie Shliana w zakresie manipulowania płaskimi powierzchniami można wykorzystać w jednym z projektów Shteina. Pewnego dnia Shlian pokazał Shteinowi formę, z którą pracował, w której papier jest krojony małymi szczelinami. Kiedy Shtein pociągnął za końce, rozwinął się w trójwymiarową siatkę.
„Myślałem„ ach, bingo! ”- wspomina Shtein. Byłoby to idealne rozwiązanie dla panelu słonecznego.
Zespół przeprowadził symulację przy użyciu paneli kirigami, opartą na warunkach podczas przesilenia letniego w Arizonie. Symulacja sugerowała, że panel kirigami działał prawie tak samo, jak konwencjonalny śledzący panel słoneczny zasilany mechanicznie i był o 36 procent bardziej wydajny niż panel stacjonarny. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications .
Panele kirigami są od wielu lat niedostępne dla konsumentów - Shtein ma nadzieję uzyskać więcej funduszy na dalszy projekt. Ale mogą potencjalnie być tańsze niż konwencjonalne panele. Podczas gdy koszt modułów słonecznych dramatycznie spadł na przestrzeni lat (około 75 procent od 2009 r., Zgodnie z raportem Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej), cena instalacji pozostała niezwykle wysoka. Panele kirigami byłyby prawdopodobnie łatwiejsze do zainstalowania i wymagałyby mniej ciężkiego sprzętu.
Projekt jest wciąż w fazie koncepcyjnej; zespół nie stworzył jeszcze działającego prototypu panelu. Konieczne będą dalsze testy, aby sprawdzić, czy cienkie, elastyczne arkusze słoneczne są wystarczająco trwałe, aby można je było ciągnąć w nowych pozycjach codziennie przez lata. Jeśli zespół ma nadzieję zbudować panel, który będzie trwał przez 25 lat, arkusze, według szacunków Shteina, będą musiały wytrzymać około 25 000 ruchów.
„Czy to potrafi?” - pyta Shtein. „Nie testowaliśmy tego zbyt wiele”.
Nie jest jeszcze jasne, jakiego rodzaju mechanizmu użyłby do rozciągania paneli, choć prawdopodobnie byłby znacznie lżejszy niż tradycyjne trackery.
Shtein mówi, że ten sam wzór kirigami, jaki zastosowano na panelach słonecznych, może mieć znacznie szersze zastosowanie niż energia słoneczna. Możliwe, że wzór ten może być przydatny w aparatach fotograficznych i przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, choć Shtein mówi, że nie ma wolności, aby podać wiele szczegółów.
Origami, bardziej znany kuzyn Kirigami, był wykorzystywany w wielu zastosowaniach naukowych i technicznych, od stentów serca przez lusterka lotnicze i poduszki powietrzne do samochodów. Sam Kirigami został niedawno wykorzystany przez badaczy Cornella do stworzenia maleńkich, zginalnych tranzystorów. Tranzystory wycięte z grafenu (arkusze węgla o grubości jednego atomu) można wykorzystać do tworzenia nanomaszyn do różnych celów.
