O nouă lentilă optică recoltează și concentrează lumina împrăștiată din mai multe direcții fără componente în mișcare, ridicând speranța că ar putea ajuta la eficientizarea viitoarelor celule solare. Proiectat de Nina Vaidya și Olav Solgaard de la Universitatea Stanford, SUA, lentila se bazează exclusiv pe creșterea indicilor de refracție ai straturilor succesive de sticlă pentru a redirecționa lumina. Succesul unui prototip sugerează că ar putea fi folosit ca suprafață pe panouri solare care poate fi acoperită cu gresie.
Pentru a îmbunătăți eficiența celulelor solare, mulți cercetători lucrează la tehnici de concentrare a luminii solare pe zone mai mici. Acest lucru se poate face folosind o gamă largă de setări optice avansate – dar pentru o eficiență optimă, aceste dispozitive trebuie să se deplaseze în fața Soarelui în orice moment, ceea ce necesită sisteme de urmărire costisitoare și complexe.
Ca alternativă, Vaidya și Solgaard au proiectat o lentilă care colectează pasiv lumina soarelui împrăștiată, pe o gamă largă de unghiuri de incidente și o concentrează într-un singur punct. Supranumit Lentile cu index gradat axial (AGILE) de către designerii săi, dispozitivul are forma unei piramide pătrate inversate, cu vârful tăiat. Este compus din opt straturi de sticlă, cu indici de refracție care cresc progresiv spre fund.
Datorită acestui aranjament, atunci când un fascicul de lumină intră în pătratul mai mare din vârful lui AGILE, calea sa se curbează în jos pe măsură ce avansează prin piramidă. Indiferent de unghiul de incidență al fasciculului în partea de sus, acesta va fi astfel aproape vertical odată ce ajunge la pătratul mai mic din partea de jos. Vaidya și Solgaard au acoperit și părțile înclinate ale piramidei lor cu o oglindă, astfel încât lumina care altfel ar putea scăpa din lentilă se reflectă în interior.
Căutați materialele potrivite
Pentru a construi o versiune prototip a AGILE, Vaidya și Solgaard au efectuat o căutare amplă a posibilelor materiale din sticlă. Acești ochelari ar trebui să îndeplinească un set strict de cerințe, inclusiv capacitatea de a transmite o gamă largă de lungimi de undă din spectrul solar, care se întinde pe aproximativ 300 până la 1200 nm. Materialele ar trebui, de asemenea, să prezinte rate similare de expansiune termică, cuprinzând totuși o gamă largă de indici de refracție.
Odată ce cei doi au identificat un set de ochelari optici care îndeplineau aceste condiții, au fabricat un prototip prin legarea straturilor împreună într-o stivă verticală, înainte de a sculpta forma piramidei lentilei și de a o acoperi cu aluminiu reflectorizant.
Celulele solare Kirigami urmează Soarele
În experimentele lor inițiale, pe care le descriu în Microsisteme și nanoinginerie, cercetătorii au arătat că AGILE a transmis peste 90% din lumina împrăștiată, concentrată pe un loc de o treime din dimensiunea suprafeței pătrate superioare. Pe baza acestui rezultat, ei sugerează că panourile solare ar putea fi acoperite cu rețele de plăci AGILE, care nu numai că le-ar permite panourilor să capteze pasiv lumina Soarelui pe tot parcursul zilei, dar le-ar permite și să colecteze lumina difuză împrăștiată de atmosfera Pământului.
Cei doi raportează că următorul pas va fi acela de a arăta modul în care AGILE ar putea fi fabricat la scară mare, prin tehnici precum acoperirea prin pulverizare, turnare și imprimare 3D.
