Ένας νέος οπτικός φακός συλλέγει και συγκεντρώνει το διάσπαρτο φως από πολλαπλές κατευθύνσεις χωρίς κινούμενα εξαρτήματα, αυξάνοντας τις ελπίδες ότι θα μπορούσε να βοηθήσει να γίνουν τα μελλοντικά ηλιακά κύτταρα πιο αποτελεσματικά. Σχεδιάστηκε από Nina Vaidya και Olav Solgaard στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ των ΗΠΑ, ο φακός βασίζεται αποκλειστικά στους αυξανόμενους δείκτες διάθλασης διαδοχικών στρωμάτων γυαλιού για να ανακατευθύνει το φως. Η επιτυχία ενός πρωτοτύπου υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως επιφάνεια με πλακάκια σε ηλιακούς συλλέκτες.
Για τη βελτίωση της απόδοσης των ηλιακών κυψελών, πολλοί ερευνητές εργάζονται σε τεχνικές για τη συγκέντρωση του εισερχόμενου ηλιακού φωτός σε μικρότερες περιοχές. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας ένα ευρύ φάσμα προηγμένων οπτικών ρυθμίσεων – αλλά για βέλτιστη απόδοση, αυτές οι συσκευές πρέπει να κινούνται προς τον Ήλιο ανά πάσα στιγμή, κάτι που απαιτεί δαπανηρά και πολύπλοκα συστήματα παρακολούθησης.
Ως εναλλακτική λύση, οι Vaidya και Solgaard σχεδίασαν έναν φακό που συλλέγει το διάσπαρτο ηλιακό φως παθητικά, σε ένα ευρύ φάσμα γωνιών πρόσπτωσης, και το συγκεντρώνει σε ένα μόνο σημείο. Ονομάστηκε ο αξονικός φακός ευρετηρίου (AGILE) από τους σχεδιαστές της, η συσκευή έχει το σχήμα μιας ανεστραμμένης τετράγωνης πυραμίδας με αποκομμένη την κορυφή. Αποτελείται από οκτώ γυάλινες στρώσεις, με δείκτες διάθλασης που αυξάνονται προοδευτικά προς τον πυθμένα.
Χάρη σε αυτή τη διάταξη, όταν μια δέσμη φωτός εισέρχεται στο μεγαλύτερο τετράγωνο στην κορυφή του AGILE, η διαδρομή της καμπυλώνεται προς τα κάτω καθώς προχωρά μέσα από την πυραμίδα. Ανεξάρτητα από τη γωνία πρόσπτωσης της δέσμης στην κορυφή, θα είναι έτσι σχεδόν κάθετη μόλις φτάσει στο μικρότερο τετράγωνο στο κάτω μέρος. Ο Vaidya και ο Solgaard επικάλυψαν επίσης τις κεκλιμένες πλευρές της πυραμίδας τους με έναν καθρέφτη, έτσι ώστε το φως που διαφορετικά θα μπορούσε να διαφύγει από τον φακό αντανακλάται μέσα.
Αναζητήστε τα σωστά υλικά
Για την κατασκευή μιας πρωτότυπης έκδοσης του AGILE, οι Vaidya και Solgaard πραγματοποίησαν εκτεταμένη έρευνα πιθανών υλικών από γυαλί. Αυτά τα γυαλιά θα πρέπει να ικανοποιούν ένα αυστηρό σύνολο απαιτήσεων, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας μετάδοσης ενός ευρέος φάσματος μηκών κύματος από το ηλιακό φάσμα, το οποίο εκτείνεται περίπου από 300 έως 1200 nm. Τα υλικά θα πρέπει επίσης να εμφανίζουν παρόμοιους ρυθμούς θερμικής διαστολής, ενώ θα εξακολουθούν να περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα δεικτών διάθλασης.
Μόλις το δίδυμο εντόπισε ένα σετ οπτικών γυαλιών που πληρούσαν αυτές τις προϋποθέσεις, κατασκεύασαν ένα πρωτότυπο συνδέοντας τα στρώματα μεταξύ τους σε μια κατακόρυφη στοίβα, προτού χαράξουν το σχήμα πυραμίδας του φακού και τον επικαλύψουν με ανακλαστικό αλουμίνιο.
Τα ηλιακά κύτταρα Kirigami ακολουθούν τον Ήλιο
Στα αρχικά τους πειράματα, τα οποία περιγράφουν Μικροσυστήματα και Νανομηχανική, Οι ερευνητές έδειξαν ότι το AGILE μετέδιδε πάνω από το 90% του εισερχόμενου διάσπαρτου φωτός, συγκεντρωμένο σε ένα σημείο το ένα τρίτο του μεγέθους της άνω τετραγωνικής επιφάνειας. Με βάση αυτό το αποτέλεσμα, προτείνουν ότι τα ηλιακά πάνελ θα μπορούσαν να επικαλυφθούν με συστοιχίες πλακιδίων AGILE, τα οποία όχι μόνο θα επέτρεπαν στα πάνελ να συλλάβουν το φως του Ήλιου παθητικά κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά θα τους επέτρεπε επίσης να συλλέξουν το διάχυτο φως που διαχέεται από την ατμόσφαιρα της Γης.
Το δίδυμο αναφέρει ότι το επόμενο βήμα θα είναι να δείξουμε πώς το AGILE θα μπορούσε να κατασκευαστεί σε μεγάλες κλίμακες, μέσω τεχνικών που περιλαμβάνουν επίστρωση με ψεκασμό, χύτευση και τρισδιάστατη εκτύπωση.
