Инженеры, пытающиеся сделать солнечную энергию более доступной для среднего пользователя, уже давно сталкиваются с проблемой. Солнечные панели улавливают гораздо больше энергии, когда они могут сдвигаться, следя за движением солнца по небу. Но устройства, необходимые для перемещения панелей, дороги, и они, как правило, слишком тяжелы для использования на наклонных крышах.
Связанный контент
- Эта солнечная батарея может плавать на пузыре
- США могут перейти на возобновляемую энергию, батареи не нужны
- Смотреть этот лист бумаги, сложить и уйти
Теперь исследователи из Мичиганского университета позаимствовали у kirigami, японское искусство резки бумаги, для создания новой панели слежения. Плоские пластиковые листы солнечных элементов надрезаются небольшими разрезами с помощью лазера. При вытягивании листы раскручиваются в трех измерениях, предлагая выступающие поверхности, обращенные к солнцу.
«Здесь у нас есть подложка, которая действительно тонкая. Он легкий, его не нужно наклонять большими опорами или машинами », - говорит Макс Штейн, доцент кафедры материаловедения и инженерии в университете. «Все, что вам нужно сделать, это растянуть».
Солнечные элементы Киригами являются результатом сотрудничества команды Штейна и художника бумаги Мэтью Шлиана. Шлян, известный своими футуристическими скульптурами из геометрически сложенной, плиссированной и нарезанной бумаги, несколько лет назад пришел в лабораторию Штейна в поисках ученых для работы. Он и Штейн немедленно договорились. Они регулярно встречались, пытаясь выяснить, как опыт Шляйна в манипулировании плоскими поверхностями может быть использован в одном из проектов Штейна. Затем, однажды, Шлян показал Штейну форму, с которой он работал, где лист бумаги нарезался небольшими прорезями. Когда Штейн потянул за концы, он расширился в трехмерную сетку.
«Я подумал:« Ага, бинго! »- вспоминает Штейн. Это было бы идеально для солнечной панели.
Команда провела симуляцию с использованием панелей киригами на основе условий во время летнего солнцестояния в Аризоне. Моделирование показало, что панель киригами работала почти так же хорошо, как обычная отслеживающая солнечная панель с механическим приводом, и она была на 36 процентов более эффективной, чем стационарная панель. Результаты были сообщены в журнале Nature Communications .
Панели киригами находятся на расстоянии многих лет от потребительского использования - Штейн надеется получить больше средств для дальнейшего развития проекта. Но они потенциально могут быть дешевле, чем обычные панели. В то время как стоимость солнечных модулей понизилось резко на протяжении многих лет (около 75 процентов с 2009 года, согласно отчету Международного агентства по возобновляемой энергии), цена установки остается неизменно высоким. Панели киригами, вероятно, будут проще в установке и потребуют менее тяжелого оборудования.
Проект все еще находится в концептуальной стадии; команда еще не создала рабочий прототип панели. Потребуются дальнейшие испытания, чтобы выяснить, достаточно ли долговечны тонкие и гибкие солнечные батареи, чтобы их можно было ежедневно перетягивать на новые позиции в течение нескольких лет. Если команда надеется построить панель, способную прослужить 25 лет, листы, по оценкам Штейна, должны выдержать около 25 000 движений.
«Может ли это сделать?» - спрашивает Штейн. «Мы не так много тестировали».
Также пока не ясно, какой механизм будет использоваться для растягивания панелей, хотя он, вероятно, будет намного легче, чем традиционные трекеры.
По словам Штейна, тот же шаблон киригами, который используется на солнечных панелях, может найти применение далеко за пределами солнечной энергии. Вполне возможно, что модель может быть полезна в камерах, аэрокосмической и автомобильной промышленности, хотя Штейн говорит, что он не вправе подробно рассказывать.
Оригами, более известный двоюродный брат Киригами, использовался для многих научных и технических применений, от стентов сердца до аэрокосмических зеркал и автомобильных подушек безопасности. Киригами недавно использовался исследователями Корнелла для изготовления крошечных гибких транзисторов. Вырезанные из графена (листы углерода толщиной в один атом), транзисторы могут быть использованы для создания наномашин для любых целей.
