Fonte: cosmosmagazine.com
Diverse fasi della fabbricazione della piramide di vetro indice graduato: quando è in contatto ottico con una cella solare, la piramide nella fase finale (angolo in basso a destra) assorbe e concentra la maggior parte della luce incidente e appare scura. Credito: Nina Vaidya
I pannelli solari svolgeranno un ruolo importante nella futura produzione di energia sostenibile, ma funzionano meglio quando la luce solare li colpisce direttamente. Questo può essere un problema quando la luce solare è diffusa dalla copertura nuvolosa o mentre il sole passa sopra durante il giorno.
Molti pannelli solari ruotano attivamente verso il sole per catturare quanta più energia possibile. Questo li rende più costosi e complicati da costruire e mantenere rispetto a quelli che rimangono fermi.
Ma in movimentopannelli solaripotrebbe non essere necessario in futuro, perché un ricercatore di ingegneria ha progettato un dispositivo in grado di catturare il 90% della luce che cade su di esso - indipendentemente dal suo angolo o frequenza - e concentrarlo per essere tre volte più luminoso.
Lericercaè stato pubblicato su Microsystems & Nanoengineering.
"È un sistema completamente passivo - non ha bisogno di energia per tracciare la sorgente o avere parti mobili", dice il primo autore Dr Nina Vaidya, che ha completato la ricerca come dottorando presso la Standford University, negli Stati Uniti, ed è ora un assistente professore in astronautica e ingegneria spaziale presso l'Università di Southampton, nel Regno Unito.
"Senza la messa a fuoco ottica che sposta le posizioni o la necessità di sistemi di tracciamento, concentrare la luce diventa molto più semplice".
AGILE – Lente indice graduata assialmente
Il dispositivo si chiama AGILE, che sta per lente indice graduata assialmente, e sembra una piramide di vetro capovolta con la punta tagliata.
Funziona un po 'come un come unlente d'ingrandimentopuò focalizzare la luce solare in un punto più piccolo e luminoso in una giornata di sole. Ma il punto focale di una lente d'ingrandimento si muove come fa il sole, il che non è utile quando si desidera concentrare la luce solare in un'area specifica di una cella fotovoltaica per tutto il giorno.
Con AGILE, la luce entra nell'ampia parte superiore quadrata da tutte le angolazioni e viene incanalata verso il basso per concentrarsi nella stessa posizione nella parte inferiore, creando un punto più luminoso alla base stretta che si trova sopra una cella fotovoltaica.
"Volevamo creare qualcosa che prendesse la luce e la concentrasse nella stessa posizione, anche quando la sorgente cambia direzione", spiega Vaidya. "Non vogliamo dover continuare a muovere il nostro rilevatore o la cella solare, o spostare il sistema verso la sorgente.
L'autore senior Olav Solgaard, professore di ingegneria elettrica a Stanford e consulente di dottorato di Vaidya, afferma: "Un AGILE ideale ha, nella parte anteriore di esso, lo stesso indice di rifrazione dell'aria e gradualmente aumenta - la luce si piega in una curva perfettamente liscia.
"Ma in una situazione pratica, non avrai quell'AGILE ideale."
Invece, il prototipo AGILE è costituito da quello che è noto come un materiale indice graduato, che è composto da diversi strati di vetri e polimeri che piegano la luce a diversi gradi. Questi strati cambiano la direzione della luce in entrata a passi fino a quando non entra quasi verticalmente verso l'uscita.
Portare AGILE dalla teoria alla realtà
Una delle maggiori sfide nella creazione del prototipo AGILE è stata trovare e creare i giusti materiali disponibili in commercio che potessero far entrare un ampio spettro di luce, consentirgli di passare e piegarlo sempre più verso l'uscita, il tutto pur essendo compatibile tra loro.
Ad esempio, se un vetro si espande in risposta al calore a una velocità diversa da un altro, l'intero dispositivo potrebbe rompersi. I materiali dovevano anche essere abbastanza robusti da essere lavorati in forma e rimanere durevoli.
I lati dei prototipi sono anche specchiati per far rimbalzare qualsiasi luce che va nella direzione sbagliata verso la base.
Questi dispositivi AGILE potrebbero essere installati in uno strato sopracelle solari, sostituendo l'incapsulamento esistente che protegge i pannelli solari e creerebbe anche più spazio per il raffreddamento e i circuiti per correre tra le piramidi che si restringono dei singoli dispositivi.
"Essere in grado di utilizzare questi nuovi materiali, queste nuove tecniche di fabbricazione e questo nuovo concetto AGILE per creare migliori concentratori solari è stato molto gratificante", conclude Vaidya.
"L'energia pulita abbondante e conveniente è una parte vitale per affrontare le urgenti sfide climatiche e di sostenibilità, e dobbiamo catalizzare soluzioni ingegneristiche per renderlo una realtà".
