出典:cosmosmagazine.com
グレーディングインデックスガラスピラミッド製造のさまざまな段階:太陽電池と光学的に接触すると、最終ステップ(右下隅)のピラミッドは入射光の大部分を吸収して集中し、暗く見えます。クレジット: ニーナ・ヴァイディア
ソーラーパネルは、将来の持続可能なエネルギー生産において大きな役割を果たすでしょうが、太陽光が直接当たったときに最も効果的です。これは、日光が雲に覆われて拡散する場合や、太陽が一日中上を通過するときに問題になる可能性があります。
多くの太陽電池アレイは、できるだけ多くのエネルギーを捕捉するために太陽に向かって積極的に回転します。これにより、静止したままのものよりも、構築と保守がより高価で複雑になります。
しかし、移動するソーラーパネルエンジニアリング研究者は、角度や周波数に関係なく、それに当たる光の90%を捕捉し、3倍の明るさに集中できるデバイスを設計しているため、将来的には必要ではないかもしれません。
ザ研究が Microsystems & NanoEngineering に掲載されています。
「これは完全に受動的なシステムです - それは源を追跡したり、動く部分を持っているためにエネルギーを必要としません」と、米国のスタンドフォード大学の博士課程の学生として研究を完了し、現在は英国のサウサンプトン大学で宇宙飛行士と宇宙船工学の助教授である筆頭著者のNina Vaidya博士は言います。
「位置を動かす光学フォーカスやトラッキングシステムがなければ、光の集中ははるかに簡単になります。
アジャイル - 軸方向グレーディングインデックスレンズ
このデバイスはアジャイルと呼ばれ、軸方向に傾斜したインデックスレンズの略で、ポイントが切り取られた逆さまのガラスピラミッドのように見えます。
それはどのようにのように少し動作します虫眼鏡晴れた日に、より小さく、より明るいポイントに日光を集中させることができます。しかし、虫眼鏡の焦点は太陽のように動くので、一日中太陽光を太陽電池の特定の領域に集中させたい場合には役に立ちません。
アジャイルを使用すると、光はあらゆる角度から広くて正方形の上部に入り、下部の同じ位置に集中するために注ぎ込まれ、太陽光発電セルの上部にある狭いベースでより明るいスポットを作り出します。
「光源の向きが変わっても、光を取り込み、同じ位置に集中させるものを作りたかったのです」とVaidya氏は説明します。「検出器や太陽電池を動かし続けたり、システムをソースに向いたりする必要はありません。
スタンフォード大学の電気工学教授でヴァイディアの博士課程アドバイザーである上級著者のオラフ・ソルガード氏は、「理想的なアジャイルは、その最前線で空気と同じ屈折率を持ち、徐々に高くなり、光は完全に滑らかな曲線で曲がります。
「しかし、実際の状況では、理想的なアジャイルは得られません」
代わりに、プロトタイプのAGILEは、光をさまざまな程度に曲げるガラスとポリマーのさまざまな層で構成されるグレーディングインデックス材料として知られているもので作られています。これらのレイヤーは、入射光が出力に向かってほぼ垂直に来るまで、入射光の方向を段階的に変化させます。
アジャイルを理論から現実へ
アジャイルプロトタイプを作成する際の最大の課題の1つは、互いに互換性がありながら、幅広い光を取り入れ、通過させ、出力に向かってますます曲げることができる、適切な市販の材料を見つけて作成することでした。
たとえば、あるガラスが熱に反応して別のガラスとは異なる速度で膨張すると、デバイス全体が割れる可能性があります。材料はまた、形状に機械加工され、耐久性を維持するのに十分な堅牢性も必要でした。
プロトタイプの側面もミラーリングされ、間違った方向に向かう光をベースに向かって跳ね返します。
これらのアジャイルデバイスは、太陽電池これにより、太陽電池アレイを保護する既存のカプセル化が置き換えられ、個々のデバイスの狭くなったピラミッドの間を冷却および回路が走るためのスペースがさらに増えます。
「これらの新しい材料、これらの新しい製造技術、この新しいアジャイルコンセプトを使用して、より良い太陽集光器を作成できることは非常にやりがいのあることでした」とVaidya氏は結論付けています。
「豊富で手頃な価格のクリーンエネルギーは、気候と持続可能性の緊急の課題に取り組む上で不可欠な部分であり、それを実現するためのエンジニアリングソリューションを触媒する必要があります。
