Roger Angel er en astronom hvis innovative design for teleskopspeil radikalt har forandret måten vi ser stjernene og galakser på. Han utviklet lette, honningkledde speil for verdens største og kraftigste teleskoper, inkludert det store kikkertteleskopet på Mount Graham i Arizona og det gigantiske Magellan-teleskopet som for tiden er under bygging i Chile. Han er professor i Regents og leder av Steward Observatory Mirror Lab ved University of Arizona (UA), og en ”genistilskudd” fra MacArthur. I 2010 vant han den prestisjetunge Kavli-prisen for astrofysikk, . I det siste har han tenkt mer på livet på vår egen planet.
"Jeg hadde vært bekymret for global oppvarming, " sier Angel, og han hadde begynt å tenke på løsninger som dristige (og til slutt kostnadsforbudende) som å plassere gigantiske solskygger i verdensrommet for å avkjøle planeten. Men da kona spurte ham: “Kan du ikke gjøre noe med den globale oppvarmingen?” Ble han alvorlig og begynte å se for seg hvordan teleskopspeilene hans kunne brukes til å generere ren energi. Nå har Angel laget et system som bruker speil med bittesmå solceller for å utnytte lys og generere strøm, et system som har potensial til å være mer kostnadseffektivt enn noe annet på markedet.
Å prøve å utnytte solens kraft er ikke noe nytt; mange selskaper og oppfinnere har analysert problemet med hvordan man effektivt samler inn, konverterer og bruker solenergi i flere tiår. Teknologien til fotovoltaiske celler (PV) som fanger opp solstrålene har forbedret seg over tid, men det er fremdeles et par klistrete brikker for å produsere solenergi. Noen av problemene inkluderer mengden varme som genereres av eksisterende teknikker, plassen som trengs for solcellene og kostnadene.
Angel takler noen av disse problemene med sitt nye system. "Det er en komplett selvforsynt enhet som forvandler lyset til energi og avviser varmen, " sier han. Spredt rundt Tucson-laboratoriet hans er verktøy, metallbiter, biter av PV-celler og andre deler av prevensjonen. Sett sammen vil den bestå av flere firkantede speil som er festet til en stor, lett stålramme som ser ut som et treningsstudio. Hvert speil reflekterer lys i sin egen kubeformede kraftkonverteringsenhet (PCU) installert over sentrum. PCU er en liten boks med en smeltet silikakule på enden som vender mot speilet. Når lyset fra solen treffer speilet, fokuserer speilets parabolske form strålen direkte inn i ballen, som igjen fokuserer lyset på en buet matrise av 36 bittesmå PV-celler. Cellene er det som konverterer lyset til strøm.
Hvert speil reflekterer lys i sin egen kubeformede kraftkonverteringsenhet (PCU) installert over sentrum. (Med tillatelse fra Rehnu) 
Astronom Roger Angel prøver å utnytte solens kraft med ny teknologi utviklet for teleskoper. Den solcelleren som er avbildet, produserer for tiden 2 kW elektrisk kraft. (Med tillatelse av University of Arizona) 
Et nærbilde av det konverterte systemet, som viser silikakule med en diameter på 5 "og refleksboks som huser trippelkrysscellene. (Med tillatelse av University of Arizona) "Cellene gjør om lag 40 prosent av lyset til elektrisitet, " sier Angel og merker at dette er svært effektivt for et solkraftsystem. Innovasjonen hans inneholder også et kjølesystem som bruker teknologi som ligner på den som brukes til databrikker og bilmotorer. "Dette gjør at sjetongene kan holde seg bemerkelsesverdig kjølige: 20 grader over omgivelsestemperaturen, " sier han. Kjølesystemet har den ekstra fordelen med å ikke bruke vann, en ressurs som er spesielt verdifull i ørkenene der mange solsystemer opererer; resirkulert kjølevæske brukes i stedet.
Ingen har noensinne bygget et system som bruker en så effektiv, lett romrammestruktur for å minimere stålmengden og holde speilene. Ingen har laget dypt opplagte glassspeil som er praktiske og rimelige som dette, og ingen har laget en PCU som dette, sier Angel.
Alex Cronin, en fysiker ved University of Arizona som driver forskning uavhengig av Angel på PV-solceller, er enig. Angel "har optimalisert [dette solsystemet] som et teleskop, " sier Cronin. “Dette er et eksempel på å strekke konvolutten i en ny retning. Han designet den med minst mulig stål og jern. I fremtiden vil vi se mer av dette. Han leder bransjen. ”
Angel sier at designen hans har en "arv fra astronomi." Men teleskoper i astronomi brukes til å konsentrere veldig svakt, fjernt lys, mens speilene her spiller en annen rolle. "Vi har gått fra det ene ytterpunktet med å lage de mest perfekte speilene du kan tenke på, til de laveste speilene som er 'gode nok.' ”
De er kanskje billigere, men du vil ikke være i fokus for et av speilene hans. Angel testet nylig et tre meter bredt speil som fokuserte sollys på et stålstykk på seks millimeter tykt. På 15 sekunder brente bjelken et hull i stålet på størrelse med et kvarter.
I tillegg til speilene, er de andre kritiske elementene i systemet hans PV-celler i PCU. I stedet for å bruke de typiske silisiumsolcellene, tar han signalet ovenfra: “Det som fanget mitt øye er at den siste tiden har den typen PV-celler som brukes i rommet [for å drive romstasjonen, for eksempel] blitt tilpasset for bruk på bakken, sier han. "Av lyset som kommer inn i dem, konverterer du dobbelt så mye energi til strøm." Dette sparer penger og plass i systemet. "Mange mennesker har bemerket de fantastiske egenskapene" til de nyere cellene, kalt triple-junction PV-celler, "men utfordringen er å få det konsentrerte lyset på dem uten å sprenge budsjettet."
Den berømte forskeren skjærer gjennom den globale oppvarmingsstøyen og legger ut faktaVed hjelp av silikakulen kan sollys som faller på speilet fokuseres på et område med celler som er en tusendel av speilet, og kostnadene for cellene blir en tidel så mye per generert watt sammenlignet med solenergi paneler som ikke bruker Engels teknologi.
Engels mål er å lage "nytte-skala" solenergi til en pris som konkurrerer med fossilt brensel, noe som ikke eksisterer i dag. ”Jeg tror det vi gjør har en god sjanse. Arkitekturen vi har utviklet de siste årene er en ny tilnærming og er spesielt rettet mot å komme til lave kostnader. "
En del av kostnadseffektiviteten stammer fra Engels evne til å ta utgangspunkt i produksjonsprosesser som allerede er på plass. Hans patenterte og patentsøkte system (som dekker montering, optikk og bruk av PV-cellene) er enkelt nok til at det kan produseres i høyt volum, og han og et team av forskere og doktorgradsstudenter ved University of Arizona forsker måter å gjøre masseproduksjonsmetodene enda mer strømlinjeformede.
Til og med innstillingen for forskning og utvikling bidrar til å kutte kostnader. Prototypen for Angel's jungel-gym-lignende montering ble konstruert i et øde svømmebasseng bak et treningsstudio på UA-campus, et sted som en gang hadde en parabol for en Tucson TV-stasjon. "Denne spesielle plassen har en perfekt utsikt over sørhimmelen fra daggry til skumring og ligger en to-minutters spasertur fra kontoret mitt, " sier han, og regionen får rundt 350 soldager i året. En annen fordel med å være i Arizona er at "vi er to til tre timer bak østkysten, noe som betyr at solen fremdeles skinner i Arizona på tidspunktet for høy etterspørsel i øst, " sier han.
Angel ble delvis drevet til å utvikle solkraft på grunn av noe han observerte på jorden. Hjemmet hans ligger i nærheten av en elv, og han har sett vannveien avta over tid. "Vannbordet har gått ned med tre fot siden jeg har vært i huset, " sier han. “Nedbrytningen av elven er noe jeg ser sanntid foran øynene mine på grunn av overbefolkning. Jeg har forsonet meg om at den vakre elven min vil tørke opp, men jeg vil ikke bli forsonet med en planet som er dømt til en elendig skjebne som den. ”
Alaina G. Levine er en vitenskapsforfatter med base i Tucson, Arizona.
