Солнечные батареи становятся все более важным источником возобновляемой энергии, но еще есть возможности для совершенствования. Инженеры из Стэнфорда разработали линзу в форме пирамиды, которая может фокусировать солнечный свет под любым углом на солнечный элемент, позволяя ему накапливать энергию от восхода до заката.
Солнечные элементы лучше всего работают под прямыми солнечными лучами, а это означает, что многие из них могут вырабатывать энергию всего несколько хороших часов в день. Другие максимизируют свое рабочее время, активно перемещаясь вслед за Солнцем по небу, но это потребляет энергию и добавляет механическую сложность.
Для нового исследования команда из Стэнфорда решила разработать пассивную технологию, которая может собирать солнечный свет, падающий на нее под любым углом, и концентрировать его на солнечном элементе под ней. Конечным результатом является массив структур в форме перевернутой пирамиды, который команда называет Axially Graded Index Lenses (AGILE), которые образуют слой, заменяющий защитную верхнюю поверхность солнечного элемента.
AGILE представляет собой набор линз в форме перевернутой пирамиды, которые концентрируют солнечный свет на солнечном элементе. Фото: Nina Vaidya.
В ходе испытаний прототипы AGILE смогли уловить более 90 процентов света, попадающего на их поверхность, и сфокусировать его таким образом, что к тому времени, когда он достигает солнечного элемента, он становится в три раза ярче. Команда говорит, что эта система может повысить эффективность солнечных элементов, позволяя им собирать непрямой солнечный свет, а также повышать их мощность в условиях, далеких от идеальных.
AGILE звучит достаточно просто, но технология, стоящая за ней, довольно сложна. Каждая маленькая пирамида состоит из стопки разных стекол и полимеров с разными показателями преломления — по сути, каждый слой преломляет падающий свет в разной степени. Верхний слой имеет низкий показатель преломления, что позволяет свету проникать под любым углом, но каждый шаг вниз изгибает его немного больше, пока он не сфокусируется на солнечном элементе под ним. Боковые стороны зеркальные, чтобы отражать любой своенравный свет туда, куда ему нужно.
Представление художника о массиве AGILE. Фото: Nina Vaidya.
Эти несколько материалов также позволяют устройству улавливать широкий спектр света, от ближнего ультрафиолетового до инфракрасного. Команда также должна была убедиться, что материалы хорошо взаимодействуют друг с другом — например, чтобы они расширялись при нагревании с одинаковой степенью, чтобы устройство не треснуло. Даже при использовании нескольких материалов, команда продемонстрировала, что AGILE можно напечатать на 3D-принтере.
Команда говорит, что новая система может помочь расширить места, где можно использовать солнечную энергию, сократив как ее стоимость, так и количество необходимой земли. AGILE может даже улучшить солнечные батареи для космических кораблей.
Исследование опубликовано в журнале Microsystems & Nanoengineering.
Источник: Stanford University.
