Fuente: cosmosmagazine.com
Diferentes etapas de la fabricación de la pirámide de vidrio de índice graduado: cuando está en contacto óptico con una celda solar, la pirámide en el paso final (esquina inferior derecha) absorbe y concentra la mayor parte de la luz incidente y aparece oscura. Crédito: Nina Vaidya
Los paneles solares desempeñarán un papel importante en la producción de energía sostenible en el futuro, pero funcionan mejor cuando la luz del sol les da directamente. Esto puede ser un problema cuando la luz del sol se difunde por la capa de nubes o cuando el sol pasa por encima durante el día.
Muchos paneles solares giran activamente hacia el sol para capturar la mayor cantidad de energía posible. Esto los hace más costosos y complicados de construir y mantener que los que permanecen estacionarios.
pero en movimientopaneles solaresPuede que no sea necesario en el futuro, porque un investigador de ingeniería ha diseñado un dispositivo que puede capturar el 90 por ciento de la luz que incide sobre ella -independientemente de su ángulo o frecuencia- y concentrarla para que sea tres veces más brillante.
losinvestigarha sido publicado en Microsystems & Nanoengineering.
"Es un sistema completamente pasivo: no necesita energía para rastrear la fuente ni tiene partes móviles", dice la primera autora, la Dra. Nina Vaidya, quien completó la investigación como estudiante de doctorado en la Universidad de Standford, EE. UU., y ahora es asistente. profesor de astronáutica e ingeniería de naves espaciales en la Universidad de Southampton, Reino Unido.
"Sin un foco óptico que mueva posiciones o la necesidad de sistemas de seguimiento, concentrar la luz se vuelve mucho más simple".
ÁGIL: lente de índice graduada axialmente
El dispositivo se llama AGILE, que significa lente de índice graduado axialmente, y parece una pirámide de vidrio invertida con la punta cortada.
Funciona un poco como un cómo unlupapuede enfocar la luz del sol en un punto más pequeño y brillante en un día soleado. Pero el punto focal de una lupa se mueve como lo hace el sol, lo que no es útil cuando desea concentrar la luz solar en un área específica de una celda fotovoltaica durante todo el día.
Con AGILE, la luz ingresa a la parte superior ancha y cuadrada desde todos los ángulos y se canaliza hacia abajo para concentrarse en la misma posición en la parte inferior, creando un punto más brillante en la base angosta que se encuentra en la parte superior de una celda fotovoltaica.
"Queríamos crear algo que absorbiera la luz y la concentrara en la misma posición, incluso cuando la fuente cambia de dirección", explica Vaidya. "No queremos tener que seguir moviendo nuestro detector o celda solar, o mover el sistema para enfrentar la fuente.
El autor principal Olav Solgaard, profesor de ingeniería eléctrica en Stanford y asesor de doctorado de Vaidya, dice: "Un AGILE ideal tiene, en la parte frontal, el mismo índice de refracción que el aire y aumenta gradualmente: la luz se dobla en un ángulo perfecto". curva suave.
"Pero en una situación práctica, no vas a tener ese AGILE ideal".
En cambio, el prototipo AGILE está hecho de lo que se conoce como material de índice graduado, que se compone de diferentes capas de vidrios y polímeros que desvían la luz en diferentes grados. Estas capas cambian la dirección de la luz entrante en pasos hasta que llega casi verticalmente hacia la salida.
Llevando AGILE de la teoría a la realidad
Uno de los mayores desafíos en la creación del prototipo AGILE fue encontrar y crear los materiales correctos disponibles en el mercado que pudieran dejar entrar un amplio espectro de luz, dejarla pasar y doblarla cada vez más hacia la salida, todo ello sin dejar de ser compatibles entre sí. .
Por ejemplo, si un vidrio se expandiera en respuesta al calor a un ritmo diferente al de otro, todo el dispositivo podría romperse. Los materiales también debían ser lo suficientemente robustos para ser mecanizados en forma y permanecer duraderos.
Los lados de los prototipos también están espejados para hacer rebotar cualquier luz que vaya en la dirección equivocada hacia la base.
Estos dispositivos AGILE podrían instalarse en una capa encima decélulas solares, reemplazando la encapsulación existente que protege los paneles solares, e incluso crearía más espacio para que el enfriamiento y los circuitos funcionen entre las pirámides cada vez más estrechas de los dispositivos individuales.
"Poder utilizar estos nuevos materiales, estas nuevas técnicas de fabricación y este nuevo concepto AGILE para crear mejores concentradores solares ha sido muy gratificante", concluye Vaidya.
"La energía limpia abundante y asequible es una parte vital para abordar los desafíos urgentes del clima y la sostenibilidad, y necesitamos catalizar soluciones de ingeniería para que eso sea una realidad".
