Suunnittelijat, jotka yrittävät tehdä aurinkoenergiasta tavalliselle käyttäjälle edullisempia, ovat jo pitkään olleet järkeviä. Aurinkopaneelit keräävät paljon enemmän energiaa, kun ne voivat siirtyä seuraamaan auringon liikettä taivaalla. Paneelien siirtämiseen tarvittavat laitteet ovat kuitenkin kalliita, ja ne ovat yleensä liian raskaita käytettäväksi viistoilla kattoilla.
Asiaan liittyvä sisältö
- Tämä aurinkokenno voi kellua kuplassa
- Yhdysvallat voisi siirtyä enimmäkseen uusiutuvaan energiaan, paristoja ei tarvita
- Katso tämä paperi taita itsensä ylös ja kävele pois
Nyt Michiganin yliopiston tutkijat ovat ottaneet lainaa japanilaisen paperinleikkaustaiteen kirigamista uuden tyyppisen seurantapaneelin valmistamiseksi. Aurinkokennojen litteät muovilevyt pisteytetään pienillä leikkauksilla laserilla. Kun vedetään, levyt kääntyvät auki kolmeen ulottuvuuteen, jolloin nostetut pinnat osoittavat auringon suuntaan.
”Meillä on substraatti, joka on todella ohut. Se on kevyt, sitä ei tarvitse kallistaa suurilla tuilla tai koneilla ”, sanoo yliopiston materiaalitieteiden ja tekniikan apulaisprofessori Max Shtein. "Sinun tarvitsee vain venyttää sitä."
Kirigami-aurinkokennot ovat tulosta Shteinin joukkueen ja paperitaiteilija Matthew Shlianin yhteistyöstä. Shlian, joka tunnetaan futuristisen näköisistä veistoksista, jotka on tehty geometrisesti taitetusta, laskostetusta ja viipaloidusta paperista, oli tullut Shteinin laboratorioon useita vuosia sitten etsimään tutkijoita työskentelemään. Hän ja Shtein löysivät sen heti. He tapasivat säännöllisesti yrittäen selvittää, kuinka Shlianin asiantuntemusta tasaisten pintojen manipuloinnista voitaisiin käyttää yhdessä Shteinin projektissa. Sitten eräänä päivänä Shlian näytti Shteinille muodon, jonka kanssa hän oli työskennellyt, jossa paperi leikataan pienillä viiltoilla. Kun Shtein veti päänsä, se laajeni kolmiulotteiseksi verkkoksi.
”Ajattelin” ah ha, bingo! ”” Shtein muistelee. Tämä olisi täydellinen aurinkopaneelille.
Ryhmä suoritti simulaation kirigami-paneeleilla Arizonan kesäpäivänseisauksen olosuhteiden perusteella. Simulaation mukaan kirigami-paneeli toimi melkein yhtä hyvin kuin perinteinen mekaanisesti toimiva seuranta-aurinkopaneeli, ja se oli 36 prosenttia tehokkaampi kuin paikallaan oleva paneeli. Tulokset ilmoitettiin Nature Communications -lehdessä.
Kirigami-paneelit ovat vuosien päässä kuluttajien käytöstä - Shtein toivoo saavansa lisää rahoitusta hankkeen edistämiseksi. Mutta ne saattavat olla halvempia kuin perinteiset paneelit. Vaikka aurinkomoduulien hinnat ovat laskeneet dramaattisesti vuosien kuluessa (noin 75 prosenttia vuodesta 2009, Kansainvälisen uusiutuvan energian viraston raportin mukaan), asennuksen hinta on pysynyt itsepintaisesti korkealla. Kirigami-paneelit olisi todennäköisesti helpompi asentaa ja vaativat vähemmän raskaita laitteita.
Hanke on edelleen konseptin vaiheessa; joukkue ei ole vielä luonut toimivia prototyyppejä paneelista. Lisätestauksia tarvitaan sen selvittämiseksi, ovatko ohuet, joustavat aurinkopaneelit riittävän kestäviä, jotta ne vedetään uuteen asentoon päivittäin vuosien ajan. Jos joukkue toivoo rakentavan paneelin, joka kestää 25 vuotta, levyjen on Shteinin arvion mukaan kestettävä noin 25 000 liikettä.
”Voiko se tehdä sen?” Shtein kysyy. "Emme ole testanneet sitä niin paljon."
Ei ole myöskään vielä selvää, millaista mekanismia paneelien venyttämiseen käytetään, vaikka se olisi todennäköisesti paljon kevyempi kuin perinteiset seurantalaitteet.
Samalla aurinkopaneeleissa käytetyllä kirigami-kuviolla voi olla sovelluksia kaukana aurinkoenergiasta, Shtein sanoo. On mahdollista, että kuvio voi olla hyödyllinen kameroissa sekä ilmailu- ja autoteollisuudessa, vaikkakin Shteinin mukaan hänellä ei ole vapautta antaa paljon yksityiskohtia.
Origami, kirigamin tunnetuin serkku, on käytetty moniin tieteellisiin ja teknisiin sovelluksiin sydämen stentteistä ilmailupeileihin autojen turvatyynyihin. Cornellin tutkijat käyttivät äskettäin Kirigamin itse pienten, taipuvien transistorien valmistukseen. Grafeenista (hiililevyt, yhden atomin paksuiset) leikattuina transistoreita voitaisiin käyttää tuottamaan nanosäiliöitä mihin tahansa määrään tarkoituksia.
