מקור: cosmosmagazine.com
שלבים שונים של ייצור פירמידת הזכוכית המדורגת: כאשר היא נמצאת במגע אופטי עם תא סולארי, הפירמידה בשלב האחרון (בפינה הימנית התחתונה) סופגת ומרכזת את רוב אור האירוע ונראית חשוכה. קרדיט: נינה ואידיה
פאנלים סולאריים ימלאו תפקיד מרכזי בייצור אנרגיה בר קיימא בעתיד, אך הם פועלים בצורה הטובה ביותר כאשר אור השמש פוגע בהם ישירות. זו יכולה להיות בעיה כאשר אור השמש מתפזר על ידי כיסוי עננים או כאשר השמש עוברת למעלה במהלך היום.
מערכי שמש רבים מסתובבים באופן פעיל לעבר השמש כדי ללכוד כמה שיותר אנרגיה. זה הופך אותם ליקרים ומסובכים יותר לבנייה ולתחזוקה מאשר אלה שנשארים נייחים.
אבל מרגשפאנלים סולארייםייתכן שלא יהיה צורך בעתיד, מכיוון שחוקר הנדסה תכנן מכשיר שיכול ללכוד 90% מהאור שנופל עליו – ללא קשר לזווית או לתדירות שלו – ולרכז אותו כך שיהיה בהיר פי שלושה.
המחקרפורסם בכתב העת Microsystems &Nanoengineering.
"זו מערכת פסיבית לחלוטין - היא לא זקוקה לאנרגיה כדי לעקוב אחר המקור או שיש לה חלקים נעים כלשהם", אומרת המחברת הראשונה ד"ר נינה ואידיה, שסיימה את המחקר כדוקטורנטית באוניברסיטת סטנדפורד, ארה"ב, וכיום היא מרצה להנדסת אסטרונאוטיקה וחלליות באוניברסיטת סאות'המפטון, בריטניה.
"ללא מיקוד אופטי שמזיז מיקומים או צורך במערכות מעקב, ריכוז האור הופך להיות הרבה יותר פשוט".
AGILE – עדשת אינדקס מדורגת אקסיאלית
המכשיר נקרא AGILE, המייצג עדשת אינדקס מדורגת אקסיאלית, והוא נראה כמו פירמידת זכוכית הפוכה עם הנקודה מנותקת.
זה עובד קצת כמו איךזְכוּכִית מַגְדֶּלֶתיכול למקד את אור השמש לנקודה קטנה ובהירה יותר ביום שמש. אבל נקודת המוקד של זכוכית מגדלת נעה כמו השמש, וזה לא מועיל כאשר רוצים לרכז את אור השמש לאזור מסוים של תא פוטו-וולטאי לאורך כל היום.
עם AGILE, האור נכנס לחלק העליון הרחב והמרובע מכל הזוויות ומועבר כלפי מטה כדי להתרכז באותו מיקום בתחתית – ויוצר נקודה בהירה יותר בבסיס הצר היושבת על גבי תא פוטו-וולטאי.
"רצינו ליצור משהו שלוקח אור ומרכז אותו באותה תנוחה, גם כשהמקור משנה כיוון", מסביר ואידיה. "אנחנו לא רוצים להמשיך להזיז את הגלאי או את התא הסולארי שלנו, או להזיז את המערכת כך שתפנה אל המקור.
המחבר הבכיר אולאב סולגארד, פרופסור להנדסת חשמל בסטנפורד ויועץ הדוקטורט של ואידיה, אומר: "ל-AGILE אידיאלי יש, ממש בקדמתו, את אותו מקדם שבירה כמו האוויר והוא עולה בהדרגה – האור מתכופף בעקומה חלקה לחלוטין.
"אבל במצב מעשי, אתה לא הולך לקבל את ה-AGILE האידיאלי הזה."
במקום זאת, אב הטיפוס AGILE עשוי ממה שמכונה חומר אינדקס מדורג, המורכב משכבות שונות של משקפיים ופולימרים המכופפים אור בדרגות שונות. שכבות אלה משנות את כיוון האור הנכנס בצעדים עד שהוא נכנס כמעט אנכית לכיוון הפלט.
לוקחים את AGILE מתיאוריה למציאות
אחד האתגרים הגדולים ביותר ביצירת אב הטיפוס של AGILE היה למצוא וליצור את החומרים הנכונים הזמינים מסחרית שיכולים להכניס ספקטרום רחב של אור, לאפשר לו לעבור דרכו ולכופף אותו יותר ויותר לכיוון הפלט – כל זאת תוך שהם תואמים זה לזה.
לדוגמה, אם אחת התרחבה בתגובה לחום בקצב שונה מאחרת, המכשיר כולו עלול להיסדק. החומרים גם היו צריכים להיות חזקים מספיק כדי להיות מעובדים בצורה ולהישאר עמידים.
הצדדים של אבות הטיפוס משתקפים גם כדי להקפיץ כל אור שהולך בכיוון הלא נכון בחזרה לכיוון הבסיס.
ניתן להתקין התקנים זריזים וגמישים אלה בשכבה על גביתאים סולארייםהחלפת האנקפסולציה הקיימת המגנה על מערכים סולאריים, ואף תיצור מרחב גדול יותר לקירור ולמעגלים לפעול בין הפירמידות המצמצמות של המכשירים הבודדים.,
"כדי להיות מסוגל להשתמש בחומרים החדשים האלה, טכניקות הייצור החדשות האלה והרעיון החדש הזה של AGILE ליצירת ריכוזי שמש טובים יותר היו מתגמלים מאוד", מסכם ואידיה.
"אנרגיה נקייה בשפע ובמחיר סביר היא חלק חיוני בהתמודדות עם אתגרי האקלים והקיימות הדחופים, ואנחנו צריכים לזרז פתרונות הנדסיים כדי להפוך את זה למציאות".
