Roger Angel er en astronom, hvis innovative design til teleskopspejle har radikalt omdannet måden vi ser stjernerne og galakserne på. Han udviklede lette, honningkamre spejle til verdens største og mest kraftfulde teleskoper, herunder det store kikkertteleskop på Mount Graham i Arizona og det gigantiske Magellan-teleskop, der i øjeblikket er under opførelse i Chile. Han er professor i Regents og leder af Steward Observatory Mirror Lab ved University of Arizona (UA) og en MacArthur-genius stipendiat. I 2010 vandt han den prestigefyldte Kavli-pris for astrofysik, . Men for nylig har han tænkt mere på livet på vores egen planet.
”Jeg havde bekymret mig for global opvarmning, ” siger Angel, og han var begyndt at overveje løsninger som dristige (og i sidste ende omkostningsforbudne) som at placere kæmpe solskygger i rummet for at afkøle planeten. Men da hans kone spurgte ham, ”Kan du ikke gøre noget ved den globale opvarmning?” Blev han alvorlig og begyndte at forestille sig, hvordan hans teleskopspejle kunne bruges til at generere ren energi. Nu har Angel skabt et system, der bruger spejle med små solceller til at udnytte lys og generere elektricitet, et system, der har potentialet til at være mere omkostningseffektivt end noget andet på markedet.
At prøve at udnytte solens kraft er ikke noget nyt; mange virksomheder og opfindere har analyseret problemet med, hvordan man effektivt samler, konverterer og bruger solenergi i årtier. Teknologien til fotovoltaiske celler (PV), der fanger solens stråler, er forbedret med tiden, men der er stadig et par klæbrige stykker til puslespillet om at producere solenergi. Nogle af disse problemer inkluderer mængden af varme, der genereres af eksisterende teknikker, den plads, der er nødvendig til solcellerne og omkostninger.
Angel løser et par af disse problemer med sit nye system. ”Det er en komplet selvstændig enhed, der omdanner lyset til energi og afviser varmen, ” siger han. Spredt rundt om hans Tucson-laboratorium er værktøjer, metalbånd, bits af PV-celler og andre stykker af kontrasten. Sammensat vil den bestå af flere firkantede spejle, der er fastgjort til en stor, let stålramme, der ligner et jungelgymnastik. Hvert spejl reflekterer lys i sin egen terningformede effektkonverteringsenhed (PCU) installeret over dens centrum. PCU er en lille kasse med en smeltet silicakugle på den ende, der vender mod spejlet. Når lyset fra solen rammer spejlet, fokuserer spejlets paraboliske form strålen direkte ind i kuglen, som igen fokuserer lyset på en buet matrix på 36 bittesmå PV-celler. Cellerne omdanner lyset til elektricitet.
Hvert spejl reflekterer lys i sin egen terningformede effektkonverteringsenhed (PCU) installeret over dens centrum. (Høflighed af Rehnu) 
Astronom Roger Angel forsøger at udnytte solens kraft med ny teknologi udviklet til teleskoper. Den solceller, der er afbildet, fremstiller i øjeblikket 2 kW elektrisk energi. (Med tilladelse fra University of Arizona) 
Et nærbillede af det konverterede system, der viser silicakuglen med en diameter på 5 "og reflekterende kasse, der huser de tredobbelte krydsceller. (Med tilladelse fra University of Arizona) ”Cellerne omdanner ca. 40 procent af lyset til elektricitet, ” siger Angel, og bemærker, at dette er yderst effektivt for et solenergisystem. Hans innovation indeholder også et kølesystem, der bruger teknologi, der ligner den, der bruges til computerchips og bilmotorer. ”Dette gør det muligt for chips at forblive bemærkelsesværdigt køligt: 20 grader over den omgivende lufttemperatur, ” siger han. Kølesystemet har den ekstra fordel at ikke bruge noget vand, en ressource, der er særlig dyrebar i ørkenerne, hvor mange solsystemer opererer; recirkuleret kølevæske bruges i stedet.
”Ingen har nogensinde bygget et system, der bruger en så effektiv, let pladsrumsstruktur for at minimere stålmængden og holde spejle. Ingen har lavet dybt opspændte glasspejle, der er praktiske og billige som dette, og ingen har lavet en PCU som denne, ”siger Angel.
Alex Cronin, en fysiker ved University of Arizona, der udfører forskning uafhængigt af Angel på PV-solceller, er enig. Angel "har optimeret [dette solsystem] som et teleskop, " siger Cronin. ”Dette er et eksempel på at strække konvolutten i en ny retning. Han designede det med mindst mulig stål og jern. I fremtiden vil vi se mere af dette. Han leder branchen. ”
Angel siger, at hans design har en ”arv fra astronomi.” Men teleskoper i astronomi bruges til at koncentrere meget svagt, fjernt lys, mens spejle her spiller en anden rolle. ”Vi er gået fra den ene ekstreme måde ved at lave de mest perfekte spejle, man kan tænke på, til de lavest mulige spejle, der er 'gode nok.' ”
De er muligvis billigere, men du ønsker ikke at stå i centrum af et af hans spejle. Angel testede for nylig et tre meter bredt spejl, der fokuserede sollys på et stykke stykke, seks millimeter tykt. På 15 sekunder brændte strålen et hul i stålet på størrelse med et kvarter.
Ud over spejle er de andre kritiske elementer i hans system PV-celler i PCU. I stedet for at bruge de typiske siliciumsolceller, tager han sit signal ovenfra: ”Det, der fangede mit øje, er, at den type PV-celler, der bruges i rummet [for eksempel at drive rumstationen, for eksempel], er blevet tilpasset til brug på jorden, ”siger han. ”Af det lys, der kommer ind i dem, konverterer du dobbelt så meget energi til elektricitet.” Dette sparer penge og plads i systemet. "Mange mennesker har bemærket de vidunderlige egenskaber" af de nyere celler, kaldet triple-junction PV-celler, "men udfordringen er at få det koncentrerede lys på dem uden at sprænge budgettet."
Den berømte videnskabsmand skærer igennem den globale opvarmningsstøj og redegør for faktaVed hjælp af silicakuglen kan sollys, der falder på spejlet, fokuseres på et område med celler, der er en tusindedel af spejlet, og prisen på cellerne bliver en tiendedel så meget pr. Produceret watt sammenlignet med solenergi paneler, der ikke bruger Engels teknologi.
Engels mål er at skabe ”brugsskala” solenergi til en pris, der konkurrerer med fossile brændstoffer, noget der ikke findes i dag. ”Jeg tror, at det, vi laver, har en god chance. Den arkitektur, vi har udviklet i de sidste par år, er en ny tilgang og er specifikt rettet mod at komme til de lave omkostninger. ”
En del af dens omkostningseffektivitet stammer fra Engels evne til at trække på fremstillingsprocesser, der allerede er på plads. Hans patenterede og patenterede system (dækker montering, optik og brug af PV-celler) er simpelt nok til at det kan fremstilles i stort volumen, og han og et team af forskere og kandidatstuderende ved University of Arizona forsker måder at gøre masseproduktionsmetoderne endnu mere strømlinede på.
Selv indstillingen for hans forskning og udvikling hjælper med at skære omkostninger. Prototypen til Angel's jungle-gym-lignende samling blev konstrueret i en øde swimmingpool bag et gymnastiksal på UA-campus, et sted, der engang havde en parabol til en Tucson-tv-station. ”Dette særlige rum har en perfekt udsigt over den sydlige himmel fra daggry til skumring og er en to minutters gang fra mit kontor, ” siger han, og regionen får omkring 350 solskinsdage om året. En anden fordel ved at være i Arizona er, at ”vi er to til tre timer bag østkysten, hvilket betyder, at solen stadig skinner i Arizona på det tidspunkt, hvor der efterspørges højt i øst, ” siger han.
Angel blev delvist drevet til at udvikle solenergi på grund af noget, han observerede på Jorden. Hans hjem er i nærheden af en flod, og han har set vandvejen falde over tid. ”Vandbordet er faldet med tre meter, siden jeg har været i huset, ” siger han. ”Nedbrydningen af floden er noget, jeg ser realtid foran mine øjne på grund af overbefolkning. Jeg har forsonet mig med, at min smukke flod vil tørre op, men jeg vil ikke blive forsonet med en planet, der er dømt til en elendig skæbne som den. ”
Alaina G. Levine er en videnskabsforfatter med base i Tucson, Arizona.
