ที่มา: cosmosmagazine.com
ขั้นตอนต่างๆ ของการผลิตพีระมิดแก้วดัชนีอย่างช้าๆ: เมื่อสัมผัสกับเซลล์แสงอาทิตย์ พีระมิดที่ขั้นตอนสุดท้าย (มุมขวาล่าง) จะดูดซับและรวมความเข้มข้นของแสงที่ตกกระทบส่วนใหญ่และปรากฏเป็นความมืด เครดิต: Nina Vaidya
แผงโซลาร์จะมีบทบาทสำคัญในการผลิตพลังงานที่ยั่งยืนในอนาคต แต่จะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อแสงแดดกระทบโดยตรง นี่อาจเป็นปัญหาได้เมื่อแสงแดดส่องผ่านจากเมฆปกคลุมหรือเมื่อดวงอาทิตย์ผ่านเหนือตลอดทั้งวัน
แผงโซลาร์เซลล์จำนวนมากหมุนเข้าหาดวงอาทิตย์อย่างแข็งขันเพื่อจับพลังงานให้ได้มากที่สุด ทำให้มีราคาแพงและซับซ้อนในการสร้างและบำรุงรักษามากกว่าแบบคงที่
แต่เคลื่อนไหวแผงโซลาร์เซลล์อาจไม่จำเป็นในอนาคต เนื่องจากนักวิจัยด้านวิศวกรรมได้ออกแบบอุปกรณ์ที่สามารถจับแสงที่ตกกระทบได้ 90 เปอร์เซ็นต์โดยไม่คำนึงถึงมุมหรือความถี่ และมุ่งเน้นให้สว่างขึ้นสามเท่า
ดิการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน Microsystems & Nanoengineering
ดร. Nina Vaidya ผู้เขียนคนแรก ซึ่งเสร็จสิ้นการวิจัยในฐานะนักศึกษาปริญญาเอกที่ Standford University สหรัฐอเมริกา กล่าวว่า "เป็นระบบที่ไม่โต้ตอบโดยสิ้นเชิง ไม่ต้องการพลังงานในการติดตามแหล่งที่มาหรือมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว" ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมอวกาศและยานอวกาศที่มหาวิทยาลัยเซาแทมป์ตัน สหราชอาณาจักร
"หากไม่มีการโฟกัสแบบออปติคัลที่ย้ายตำแหน่งหรือต้องการระบบติดตาม แสงที่เน้นจะง่ายขึ้นมาก"
AGILE – เลนส์ดัชนีแนวแกน
อุปกรณ์นี้เรียกว่า AGILE ซึ่งย่อมาจากเลนส์ดัชนีที่มีการจัดลำดับตามแกน และดูเหมือนพีระมิดแก้วที่กลับหัวโดยที่จุดนั้นถูกตัดออก
มันทำงานเหมือนวิธีการ aแว่นขยายสามารถโฟกัสแสงแดดเป็นจุดที่เล็กกว่าและสว่างกว่าในวันที่มีแดดจ้า แต่จุดโฟกัสของแว่นขยายจะเคลื่อนที่เหมือนกับดวงอาทิตย์ ซึ่งไม่มีประโยชน์เมื่อคุณต้องการรวมแสงแดดไปยังบริเวณเฉพาะของเซลล์สุริยะตลอดทั้งวัน
ด้วย AGILE แสงจะเข้าสู่ด้านบนที่กว้างและเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสจากทุกมุม และถูกปรับกรวยลงมาเพื่อให้มีสมาธิที่ตำแหน่งเดียวกันที่ด้านล่าง ทำให้เกิดจุดที่สว่างขึ้นที่ฐานแคบซึ่งอยู่บนเซลล์สุริยะ
"เราต้องการสร้างบางสิ่งที่รับแสงและโฟกัสไปที่ตำแหน่งเดิม แม้ว่าแหล่งกำเนิดจะเปลี่ยนทิศทางก็ตาม" Vaidya อธิบาย “เราไม่ต้องการให้มีการเคลื่อนย้ายเครื่องตรวจจับหรือโซลาร์เซลล์ของเรา หรือย้ายระบบไปยังแหล่งกำเนิด
ผู้เขียนอาวุโส Olav Solgaard ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่ที่ปรึกษาระดับปริญญาเอกของ Stanford และ Vaidya กล่าวว่า "AGILE ในอุดมคติมีดัชนีการหักเหของแสงเดียวกันกับอากาศและค่อยๆ สูงขึ้น - แสงจะโค้งงอได้อย่างสมบูรณ์แบบ โค้งเรียบ
"แต่ในสถานการณ์จริง คุณจะไม่มี AGILE ในอุดมคติ"
แต่ต้นแบบของ AGILE นั้นทำมาจากวัสดุที่เรียกว่าดัชนีชี้วัด ซึ่งประกอบด้วยชั้นแก้วและโพลีเมอร์ต่างๆ ที่ดัดแสงให้ได้องศาต่างกัน เลเยอร์เหล่านี้จะเปลี่ยนทิศทางของแสงที่เข้ามาเป็นขั้นๆ จนกระทั่งเกือบในแนวตั้งไปทางเอาต์พุต
นำ AGILE จากทฤษฎีสู่ความเป็นจริง
หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการสร้างต้นแบบ AGILE คือการค้นหาและสร้างวัสดุที่มีจำหน่ายในท้องตลาด ซึ่งสามารถปล่อยให้แสงในสเปกตรัมกว้าง ปล่อยให้ผ่านไป และโค้งงอไปทางเอาต์พุตมากขึ้น - ทั้งหมดนี้ในขณะที่เข้ากันได้ .
ตัวอย่างเช่น หากกระจกบานหนึ่งขยายตัวเพื่อตอบสนองต่อความร้อนในอัตราที่ต่างจากกระจกอื่น อุปกรณ์ทั้งหมดอาจแตกร้าวได้ วัสดุยังต้องแข็งแรงพอที่จะกลึงให้เป็นรูปทรงและคงความทนทานไว้ได้
ด้านข้างของรถต้นแบบยังสะท้อนแสงที่ไปในทิศทางที่ไม่ถูกต้องกลับไปยังฐาน
อุปกรณ์ AGILE เหล่านี้สามารถติดตั้งในเลเยอร์ที่ด้านบนของพลังงานแสงอาทิตย์แทนที่การห่อหุ้มที่มีอยู่ซึ่งปกป้องแผงโซลาร์เซลล์ และจะสร้างพื้นที่เพิ่มเติมสำหรับการทำความเย็นและวงจรเพื่อทำงานระหว่างปิรามิดที่แคบลงของอุปกรณ์แต่ละชิ้น
"เพื่อให้สามารถใช้วัสดุใหม่เหล่านี้ได้ เทคนิคการประดิษฐ์ใหม่เหล่านี้และแนวคิด AGILE ใหม่นี้เพื่อสร้างเครื่องผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ที่ดีขึ้นนั้นคุ้มค่ามาก" Vaidya กล่าวสรุป
"พลังงานสะอาดที่อุดมสมบูรณ์และราคาไม่แพงเป็นส่วนสำคัญในการจัดการกับความท้าทายด้านสภาพอากาศและความยั่งยืนอย่างเร่งด่วน และเราจำเป็นต้องกระตุ้นการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมเพื่อทำให้สิ่งนั้นเป็นจริง"
