АНН-АРБОР—Сонячні елементи захоплюють до 40 відсотків більше енергії, коли вони можуть 
відслідковувати сонце по небу, але звичайні, моторизовані трекери є занадто важкими і громіздкими для скатних дахів і поверхонь транспортних засобів.
Тепер, за рахунок запозичення у кірігамі, давнє японське мистецтво різання паперу, дослідники з Університету Мічигану розробили сонячні батареї, які можуть мати його в обох напрямках.
Запозичуючи з кірігамі, давнє японське мистецтво різання паперу, дослідники з Університету Мічигану розробили сонячні батареї, які можуть відстежувати сонце. Плоский пластиковий лист підтримуючи сонячні батареї розщеплюється на хвилясті, з’єднані стрічки при розтягуванні. Нахил клітин залежить від розтягування, простий механізм для відстеження сонця по небу. Дозвіл на зображення: Аарон Ламуре
“Будівництво грає те, що велика сонячна панель стеження робить і ущільнює його в щось, що, по суті, плоский”, – сказав Аарон Ламуре, докторант в галузі матеріалознавства й інженерії і перший автор статті у “Зв’язки із природою” (Nature Communications).
Житлові дахи складають близько 85 відсотків від області установок панелей сонячних батарей у США, згідно зі звітом Міністерства енергетики, але ці дахи потрібно значно зміцнити, щоб витримати вагу звичайних сонцезахисних систем стеження.
Команда інженерів і художник розробив цілий ряд невеликих сонячних батарей, які може нахилятися в межах більшої панелі, зберігаючи їх поверхні більш перпендикулярно до сонячних променів.
“Краса нашого дизайну, з точки зору людини, який одягає цю панель вгору, нічого б реально змінити”, – сказав Макс Штейн, доцент кафедри матеріалознавства та інженерії. “Але всередині, це було б робити щось надзвичайне в малому масштабі: сонячна батарея буде розділена на дрібні сегменти, які будуть слідувати позиції сонця в унісон”.
Сонячні дослідники клітин думати про відстеження з точки зору того, скільки сонячної панелі сонце може “бачити”. Коли панель знаходиться під кутом, він виглядає менше. При проектуванні масив, який нахиляється і поширюється один від одного, коли сонячні промені приходять на нижніх кутах, вони підвищують ефективну площу, яка вбирає до сонячного світла.
Для того, щоб дослідити зразки, команда інженерів працювала з папером художника Метью Шліана, викладача в школі мистецтв і дизайну Університету Мічігану. Шліан показав Ламуре і Штейн, як створити їх в папір, використовуючи різак плоттер. Ламуре потім зробив більш точні закономірності в каптоні, просторово-класу пластика, з використанням лазера двоокису вуглецю.
Хоча команда намагалася більш складні конструкції, найпростіший шаблон працює краще. З розрізами, як ряди рисок, пластик розтягують в основну сітку. Взаємопов’язані смуги каптоновому нахилу пропорційно тому, скільки сітка розтягується, з точністю приблизно до одного градуса.
Другий вид сонячних елементів.
Дозвіл на зображення: Аарон Ламуре
Для того, щоб зробити сонячну батарею, К’юсанг Лі, докторант в області електротехніки, побудований на замовлення сонячних батарей в лабораторії Стівена Форреста, Пітер А. Франкен Видатний професор університету інженерної та Пол Г. Гебель професор інженерних наук. Він і Ламуре додається їх до нерозрізані частини каптона, залишаючи простір для скорочень. Потім Ламуре малюнком в каптоновому з лазерним різаком.
Дизайн з найкращою сонячної стеження за обіцянку було неможливо зробити в Університеті Мічігану, тому що сонячні батареї будуть дуже довгі і вузькі. Масштабування до можливої ширини, клітини стали занадто довго, щоб вписатися в камери, що використовуються для отримання дослідних зразків в університетському містечку, так що команда вивчає інші варіанти.
Оптимізована конструкція є ефективною, оскільки вона тягнеться легко, дозволяючи багато нахилу без значної втрати ширини. Відповідно до моделюванням команди генерації сонячної енергії під час літнього сонцестояння в Арізоні, це майже так само добре, як звичайний одноосной трекер, пропонуючи поліпшення на 36 відсотків більше, ніж у стаціонарній панелі. Звичайні трекери виробляють близько 40 відсотків більше енергії, ніж стаціонарних панелей при тих же умовах, але вони громіздкі, схильні до зловити вітер і десять або більше разів важче, сказав Штейн.
“Ми вважаємо, що він має значний потенціал, і ми активно проводить реалістичних програм,” сказав він. “Це може в кінцевому підсумку знизити вартість сонячної електроенергії.”
У статті про цю роботу під назвою “Динамічні структури кірігамі для інтегрованого сонячного трекінгу”. Дослідження фінансувалося Національним науковим фондом і корпорацією NanoFlex Power Corporation. Університет проводить патентного захисту інтелектуальної власності, а також шукає партнерів по комерціалізації, щоб допомогти принести технологію на ринок. Штейн також є асоційованим професором хімічного машинобудування, мистецтва і дизайну і макромолекулярної науки і техніки. Форрест також є професором електротехніки та інформатики, матеріалознавства та інженерії та фізики.
Додаткові відомості:
