Нова оптична лінза збирає та концентрує розсіяне світло з різних напрямків без будь-яких рухомих компонентів, що породжує надію, що це може допомогти зробити майбутні сонячні батареї більш ефективними. Спроектований Ніна Вайдя та Олав Солгаард у Стенфордському університеті, США, для перенаправлення світла лінзи покладаються виключно на збільшення показників заломлення послідовних шарів скла. Успіх прототипу свідчить про те, що його можна використовувати як плиткову поверхню на сонячних панелях.
Щоб підвищити ефективність сонячних елементів, багато дослідників працюють над методами концентрації сонячного світла, що надходить, на менших площах. Це можна зробити за допомогою широкого спектру вдосконалених оптичних установок, але для оптимальної ефективності ці пристрої повинні постійно рухатися обличчям до Сонця, що вимагає дорогих і складних систем стеження.
В якості альтернативи Vaidya та Solgaard розробили лінзу, яка пасивно збирає розсіяне сонячне світло в широкому діапазоні кутів падіння та концентрує його в одній точці. Його дизайнери назвали Axially Graded Index Lens (AGILE), пристрій має форму перевернутої квадратної піраміди з обрізаною вершиною. Він складається з восьми шарів скла з показниками заломлення, які поступово зростають до нижньої частини.
Завдяки такому розташуванню, коли промінь світла потрапляє у більший квадрат у верхній частині AGILE, його шлях вигинається вниз, коли він просувається крізь піраміду. Незалежно від кута падіння променя вгорі, він буде майже вертикальним, коли досягне меншого квадрата внизу. Вайдя і Солгаард також покрили похилі сторони своєї піраміди дзеркалом, щоб світло, яке інакше могло б вийти з лінзи, відбивалося всередині.
Шукайте потрібні матеріали
Щоб створити прототип версії AGILE, Vaidya та Solgaard провели широкий пошук можливих скляних матеріалів. Ці окуляри повинні відповідати суворим вимогам, включаючи здатність пропускати широкий діапазон довжин хвиль із сонячного спектру, який охоплює приблизно від 300 до 1200 нм. Матеріали також повинні демонструвати однакові швидкості теплового розширення, в той же час охоплюючи широкий діапазон показників заломлення.
Коли дует визначив набір оптичних стекол, які відповідають цим умовам, вони виготовили прототип, з’єднавши шари разом у вертикальну стопку, а потім вирізали пірамідну форму лінзи та покрили її світловідбиваючим алюмінієм.
Сонячні батареї Кірігамі слідують за Сонцем
У своїх початкових експериментах, які вони описують у Мікросистеми та наноінженерія, Дослідники показали, що AGILE пропускає понад 90% вхідного розсіяного світла, зосередженого на плямі розміром у третину розміру верхньої квадратної поверхні. Виходячи з цього результату, вони припускають, що сонячні панелі можуть бути покриті масивами плиток AGILE, які не тільки дозволять панелям пасивно вловлювати світло Сонця протягом дня, але й дозволять їм збирати дифузне світло, розсіяне земною атмосферою.
Дует повідомляє, що наступним кроком стане демонстрація того, як AGILE можна виготовляти у великих масштабах за допомогою таких технологій, як розпилення, формування та 3D-друк.
