Οι μηχανικοί που προσπαθούν να κάνουν την ηλιακή ενέργεια πιο προσιτή για τον μέσο χρήστη έχουν από καιρό αντιμετωπίσει ένα αίνιγμα. Οι ηλιακοί συλλέκτες συγκεντρώνουν πολύ περισσότερη ενέργεια όταν μπορούν να μετατοπίσουν για να ακολουθήσουν την κίνηση του ήλιου στον ουρανό. Αλλά οι συσκευές που χρειάζονται για να μετακινούνται τα πάνελ είναι ακριβά και είναι γενικά πολύ βαρύ για να χρησιμοποιηθούν σε κεκλιμένες στέγες.
σχετικό περιεχόμενο
- Αυτό το ηλιακό κύτταρο μπορεί να επιπλέει σε μια φούσκα
- Οι ΗΠΑ θα μπορούσαν να αλλάξουν σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δεν χρειάζονται μπαταρίες
- Παρακολουθήστε αυτό το κομμάτι χαρτιού αναδιπλώνονται και βαδίζουν
Τώρα, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν έχουν δανειστεί από το kirigami, την ιαπωνική τέχνη της κοπής χαρτιού, για να κάνουν ένα νέο είδος πίνακα παρακολούθησης. Τα επίπεδη πλαστικά φύλλα των ηλιακών κυψελών βαθμολογούνται με μικρές τομές χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ. Όταν τραβιέται, τα φύλλα στρίβουν ανοιχτά σε τρεις διαστάσεις, προσφέροντας ανυψωμένες επιφάνειες για να αντιμετωπίσουν την κατεύθυνση του ήλιου.
"Εδώ έχουμε ένα υπόστρωμα, το οποίο είναι πραγματικά λεπτό. Είναι ελαφρύ, δεν χρειάζεται να είναι επικλινές με μεγάλα στηρίγματα ή μηχανές ", λέει ο Max Shtein, αναπληρωτής καθηγητής υλικών επιστήμης και μηχανικής στο πανεπιστήμιο. "Το μόνο που πρέπει να κάνετε είναι να το τεντώσετε".
Τα ηλιακά κύτταρα kirigami είναι αποτέλεσμα μιας συνεργασίας μεταξύ της ομάδας του Shtein και του ζωγράφου Matthew Shlian. Ο Shlian, ο οποίος είναι γνωστός για τα φουτουριστικά γλυπτά του, κατασκευασμένα από γεωμετρικά διπλωμένο, πτυχωτό και τεμαχισμένο χαρτί, είχε έρθει από το εργαστήριο του Shtein πριν από αρκετά χρόνια, αναζητώντας επιστήμονες για να δουλέψουν. Αυτά και ο Σίτιν το έσβησαν αμέσως. Θα συναντηθούν τακτικά, προσπαθώντας να καταλάβουν πώς η τεχνογνωσία του Shlian με το χειρισμό επίπεδων επιφανειών θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ένα από τα έργα του Στέιν. Στη συνέχεια, μια μέρα, ο Shlian έδειξε στον Shtein μια μορφή με την οποία δούλευε, όπου ένα χαρτί κόβεται με μικρές σχισμές. Όταν ο Shtein τράβηξε στα άκρα, επεκτάθηκε σε ένα τρισδιάστατο πλέγμα.
"Νόμιζα ότι" ah ha, bingo! "Θυμάται ο Shtein. Αυτό θα ήταν τέλειο για ένα ηλιακό πάνελ.
Η ομάδα διεύθυνε μια προσομοίωση χρησιμοποιώντας τους πίνακες kirigami, με βάση τις συνθήκες κατά τη διάρκεια του θερινό ηλιοστάσιο στην Αριζόνα. Η προσομοίωση πρότεινε ότι ο πίνακας kirigami λειτούργησε σχεδόν όπως συμβαίνει με ένα συμβατικό ηλιακό πάνελ παρακολούθησης μηχανικής ισχύος και ήταν κατά 36% πιο αποτελεσματικό από ένα σταθερό πάνελ. Τα αποτελέσματα αναφέρθηκαν στο περιοδικό Nature Communications .
Τα πάνελ kirigami απέχουν χρόνια από τη χρήση των καταναλωτών - ο Shtein ελπίζει να λάβει περισσότερη χρηματοδότηση για να προωθήσει το έργο. Αλλά θα μπορούσαν ενδεχομένως να είναι φθηνότερα από τα συμβατικά πάνελ. Ενώ το κόστος των ηλιακών μονάδων έχει μειωθεί δραματικά κατά τη διάρκεια των ετών (περίπου 75% από το 2009, σύμφωνα με έκθεση του Διεθνούς Οργανισμού Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας), η τιμή της εγκατάστασης παρέμεινε πεισματικά υψηλή. Τα πάνελ kirigami είναι πιθανότατα πιο εύκολο να εγκατασταθούν και απαιτούν μικρότερο εξοπλισμό.
Το έργο βρίσκεται ακόμη σε εννοιολογικό στάδιο. η ομάδα δεν έχει ακόμη δημιουργήσει ένα πρωτότυπο εργασίας της ομάδας. Θα απαιτηθούν περαιτέρω δοκιμές για να διαπιστωθεί εάν τα λεπτά, εύκαμπτα ηλιακά φύλλα είναι αρκετά ανθεκτικά ώστε να ρυμουλκούνται καθημερινά σε νέες θέσεις για μια περίοδο ετών. Εάν η ομάδα ελπίζει να δημιουργήσει μια ομάδα ικανή να διαρκέσει για 25 χρόνια, τα φύλλα, σύμφωνα με την εκτίμηση του Shtein, θα πρέπει να αντέχουν σε περίπου 25.000 κινήσεις.
"Μπορεί να το κάνει αυτό;" ρωτά ο Shtein. «Δεν το δοκιμάσαμε τόσο πολύ».
Επίσης, δεν είναι ακόμη σαφές τι είδους μηχανισμός θα χρησιμοποιηθεί για την τάνυση των πάνελ, αν και θα ήταν πολύ ελαφρύτερο από τους παραδοσιακούς ιχνηλάτες.
Το ίδιο μοτίβο kirigami που χρησιμοποιείται στα ηλιακά πάνελ μπορεί να έχει εφαρμογές πολύ πέρα από την ηλιακή ενέργεια, λέει ο Shtein. Είναι πιθανό το μοτίβο να είναι χρήσιμο στις κάμερες και τις αεροδιαστημικές και αυτοκινητοβιομηχανίες, αν και ο Shtein λέει ότι δεν έχει την ελευθερία να δώσει πολλές λεπτομέρειες.
Το Origami, ο πιο γνωστός ξαδέρφιος του kirigami, έχει χρησιμοποιηθεί για πολλές επιστημονικές και τεχνικές εφαρμογές, από καρδιακά stents μέχρι αεροδιαστημικούς καθρέπτες στους αερόσακους αυτοκινήτων. Το ίδιο το Kirigami χρησιμοποιήθηκε πρόσφατα από τους ερευνητές του Cornell για να κάνει μικροσκοπικά, εύκαμπτα τρανζίστορ. Κόβουμε από το graphene (φύλλα άνθρακα πάχους ενός ατόμου), τα τρανζίστορ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νανομηχανών για οποιονδήποτε αριθμό σκοπών.
