Ingeniører, der forsøger at gøre solenergi mere overkommelig for den gennemsnitlige bruger, har længe været udsat for et conundrum. Solpaneler fanger meget mere energi, når de kan skifte for at følge solens bevægelse over himlen. Men de apparater, der er nødvendige for at bevæge panelerne, er dyre, og de er generelt for tunge til brug på skrå tag.
Relateret indhold
- Denne solcelle kan flyde på en boble
- USA kunne skifte til hovedsagelig vedvarende energi, ingen batterier nødvendigt
- Se dette papir stykke fold sig op og gå væk
Nu har forskere ved University of Michigan lånt fra kirigami, den japanske kunst til papirskæring, for at fremstille en ny slags sporingspanel. Flade plastikplader med solceller scores med små udskæringer ved hjælp af en laser. Når de trækkes, lader arkene åbne sig i tre dimensioner og tilbyder hævede overflader til at vende mod solens retning.
”Her har vi et underlag, som er virkelig tyndt. Det er let, det behøver ikke at vippes med store understøtninger eller maskiner, ”siger Max Shtein, lektor i materialevidenskab og teknik ved universitetet. ”Alt hvad du skal gøre er at strække det.”
Kirigami-solcellerne er resultatet af et samarbejde mellem Shtein's team og papirartist Matthew Shlian. Shlian, der er kendt for sine futuristiske udseende skulpturer lavet af geometrisk foldet, foldet og skivet papir, var kommet af Shtein's laboratorium for flere år siden og ledte efter forskere at arbejde med. Han og Shtein slog det med det samme. De mødtes regelmæssigt og forsøgte at finde ud af, hvordan Shlian's ekspertise med at manipulere flade overflader kunne bruges i et af Shtein's projekter. Derefter viste Shlian Shtein en form, han havde arbejdet med, hvor et papir blev skåret med små spalter. Da Shtein trak i enderne, udvides det til et tredimensionelt net.
”Jeg tænkte 'ah ha, bingo!'” Husker Shtein. Dette ville være perfekt til et solcellepanel.
Holdet kørte en simulering ved hjælp af kirigami-panelerne, baseret på forhold i sommersolverv i Arizona. Simuleringen antydede, at kirigami-panelet fungerede næsten så godt som et konventionelt mekanisk drevet solcellepanel, og det var 36 procent mere effektivt end et stationært panel. Resultaterne blev rapporteret i tidsskriftet Nature Communications .
Kirigami-panelerne er år væk fra forbrugerbrug - Shtein håber at få mere finansiering til at fremme projektet. Men de kan potentielt være billigere end konventionelle paneler. Mens omkostningerne ved solcellemoduler er faldet dramatisk gennem årene (ca. 75 procent siden 2009, ifølge en rapport fra Det Internationale Agentur for Vedvarende Energi), er prisen på installationen fortsat stædigt høj. Kirigami-panelerne vil sandsynligvis være lettere at installere og kræve mindre tungt udstyr.
Projektet er stadig i den konceptuelle fase; holdet har endnu ikke oprettet en fungerende prototype af panelet. Yderligere test er nødvendigt for at se, om de tynde, fleksible solplader er holdbare nok til at blive trukket ind i nye positioner dagligt over en periode på år. Hvis teamet håber at opbygge et panel, der kan vare i 25 år, skal arkene, efter Steins skøn, modstå ca. 25.000 bevægelser.
“Kan det gøre det?” Spørger Shtein. ”Vi har ikke testet det så meget.”
Det er heller ikke klart, hvilken slags mekanisme der vil blive brugt til at strække panelerne, selvom det sandsynligvis ville være meget lettere end traditionelle trackere.
Det samme kirigami-mønster, der bruges på solcellepanelerne, kan have anvendelser langt ud over solenergi, siger Shtein. Det er muligt, at mønsteret kan være nyttigt i kameraer og luftfarts- og bilindustrien, skønt Shtein siger, at han ikke er fri til at give meget detaljer.
Origami, kirigamis bedst kendte fætter, er blevet brugt til mange videnskabelige og tekniske anvendelser, lige fra hjertestenter til rumfartsspejle til bilens airbag. Kirigami blev selv for nylig brugt af Cornell-forskere til at fremstille små, bøjelige transistorer. Transistorerne kunne bruges til at skabe nanomachiner til et hvilket som helst antal formål, skåret ud af grafen (ark med et atom tykt atom).
