Ez az apró üvegpiramis minden eddiginél olcsóbbá teheti a napelemeket

Egy sajtóközlemény szerint a Stanford Egyetem kutatói új optikai koncentrátort fejlesztettek ki, amely még a szórt fényt is fix helyre tudja...

Egy sajtóközlemény szerint a Stanford Egyetem kutatói új optikai koncentrátort fejlesztettek ki, amely még a szórt fényt is fix helyre tudja vezetni, ezzel növelve a napelemek energiatermelési kapacitását.

A fotovoltaikus cellák akkor működnek a legjobban, ha a napfény közvetlenül rájuk esik. Annak érdekében, hogy a nap folyamán a lehető legtöbbet hozhassák ki a napfényből, a tudósok a napkövetésre támaszkodtak, melynek során a paneleket szinkronban mozgatják a Nappal, miközben az égen halad.

Ezeknek a rendszereknek az alkalmazása azonban megnöveli a napelemek telepítési költségeit, ami jelentős akadálya a széles körű elterjedésének.

Egy lehetséges megoldás erre a problémára az lenne, ha a panelek fölé nagyítót helyeznének el, amely egyetlen pontra koncentrálná a napfényt. Az utazó Nap azonban azt eredményezné, hogy a koncentrált folt a paneleken is áthaladna, ami ismét bonyolítja a napelemek tervezését.

A probléma stanfordi megoldása

Nina Vaidya, a Stanford Egyetem kutatója olyan elegáns eszközt tervezett, amely képes koncentrálni a rá eső fényt bármilyen szögből és frekvencián, majd a panel egyetlen pontjára irányítani.

Az eszköz neve Axially Graded Index Lens (AGILE), ami úgy néz ki, mint egy üvegpiramis fordított helyzetben. (1)

"Ez egy teljesen passzív rendszer - nincs szüksége energiára a forrás nyomon követéséhez, és nincs benne mozgó alkatrész," - mondta Vaidya.

"A pozíciókat mozgató optikai fókusz vagy nyomkövető rendszerek szükségessége nélkül a fény koncentrálása sokkal egyszerűbb lesz."

Doktori témavezetőjével, Olav Solgaarddal együttműködve Vaidya azt az elméletet fogalmazta meg, hogy egy zökkenőmentesen megnövelt törésmutatóval tervezett anyag képes meghajlítani a beérkező fényt, és egyetlen pontra irányítani.

A törésmutató annak mértéke, hogy a fény milyen gyorsan halad át az anyagon. Vaidya elméleti eszközében a fény alig hajlik el a felületen, de ahogy áthalad, az eszköz addig hajlítja, amíg majdnem függőlegessé nem válik.

Az elmélet gyakorlatba ültetése

A kutatók sok anyaggal, köztük üveggel és polimerekkel kísérleteztek, hogy fokozatos törésmutatóval rendelkezzenek. A prototípusok oldalán tükrök is voltak, hogy minden kiszökő fényt azonnal csapdába ejtsenek. A többféle anyag azonban hő hatására eltérően tágult, ami repedésekhez vezetett a készülékben.

A sajtóközlemény szerint Vaidya korábbi, 3D nyomtatással kapcsolatos munkája jól jött, amikor nanométeres léptékű polimer lencséket gyártott. A kutatók az új gyártási technikák segítségével 3D-ben tudták kinyomtatni az eszközt a kereskedelemben kapható polimerek és üvegek felhasználásával.

A megépített és tesztelt prototípusokban a kutatók az AGILE felületét elérő fény 90 százalékát begyűjtötték, és olyan foltokat hoztak létre, amelyek háromszor fényesebbek voltak, mint a beeső fény. Az objektív az ultraibolya sugárzástól az infravörösig terjedő széles fényspektrummal, valamint az időjárás vagy a légköri viszonyok változása miatti szórt fénnyel is működik.

A napelemek tetejére telepített AGILE réteg nemcsak a jelenleg használatos védőrétegek eltávolítását segítheti elő, hanem helyet teremthet a hűtéshez és az áramkörökhöz a fordított piramisok között, tette hozzá a sajtóközlemény. Az energiatermeléshez szükséges felület csökkentésével a napelemek kisebbek lehetnek, csökkentve a termelési költségeket. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41378-022
(2) - https://interestingengineering.com/an-optica