Ingeniører som prøver å gjøre solenergien mer rimelig for den gjennomsnittlige brukeren, har lenge møtt et conundrum. Solcellepaneler fanger mye mer energi når de kan skifte for å følge solens bevegelse over himmelen. Men apparatene som trengs for å bevege panelene er dyre, og de er generelt for tunge til bruk på skråtak.
Relatert innhold
- Denne solcellen kan flyte på en boble
- USA kan bytte til stort sett fornybar energi, ingen batterier trengs
- Se dette papirstykket brett seg opp og gå bort
Nå har forskere ved University of Michigan lånt fra kirigami, den japanske kunsten å skjære papir, for å lage en ny type sporingspanel. Flatplater av solceller blir scoret med små kutt ved bruk av en laser. Når det trekkes, vrir arkene seg i tre dimensjoner, og tilbyr hevede flater for å vende mot solens retning.
”Her har vi et underlag, som er veldig tynt. Det er lett, det trenger ikke å vippes med store støtter eller maskiner, sier Max Shtein, førsteamanuensis i materialvitenskap og teknikk ved universitetet. "Alt du trenger å gjøre er å strekke den til."
Kirigami-solcellene er resultatet av et samarbeid mellom Steins team og papirartisten Matthew Shlian. Shlian, som er kjent for sine futuristiske utseende skulpturer laget av geometrisk brettet, plissert og skivet papir, var kommet innom Shtens laboratorium for flere år siden og lette etter forskere å jobbe med. Han og Shtein slo den av umiddelbart. De møttes jevnlig og prøvde å finne ut hvordan Shlians ekspertise med å manipulere flate overflater kunne brukes i et av Steins prosjekter. En dag viste Shlian Shtein en form han hadde jobbet med, der et papir er skivet med små spalter. Da Shtein trakk i endene, utvidet den seg til et tredimensjonalt nett.
"Jeg tenkte 'ah ha, bingo!'" Minnes Shtein. Dette vil være perfekt for et solcellepanel.
Teamet kjørte en simulering ved hjelp av kirigami-panelene, basert på forhold under sommersolverv i Arizona. Simuleringen antydet at kirigami-panelet fungerte nesten like bra som et konvensjonelt mekanisk drevet solcellepanel, og det var 36 prosent mer effektivt enn et stasjonært panel. Resultatene ble rapportert i tidsskriftet Nature Communications .
Kirigami-panelene er mange år unna forbrukerbruk - Shtein håper å skaffe mer midler til å videreføre prosjektet. Men de kan potensielt være billigere enn konvensjonelle paneler. Mens kostnadene for solcellemoduler har gått dramatisk ned gjennom årene (rundt 75 prosent siden 2009, ifølge en rapport fra International International Renewable Energy Agency), har installasjonsprisen holdt seg hardnakket høy. Kirigami-panelene vil sannsynligvis være enklere å installere og krever mindre tungt utstyr.
Prosjektet er fremdeles i det konseptuelle stadiet; teamet har ennå ikke laget en fungerende prototype av panelet. Ytterligere testing vil være nødvendig for å se om de tynne, fleksible solarkene er holdbare nok til å bli trukket inn i nye stillinger daglig over en periode på år. Hvis teamet håper å bygge et panel som kan vare i 25 år, vil arkene, etter Steins anslag, tåle rundt 25 000 bevegelser.
“Kan det gjøre det?” Spør Shtein. "Vi har ikke testet det så mye."
Det er heller ikke klart hva slags mekanisme som vil brukes til å strekke panelene, selv om det sannsynligvis vil være mye lettere enn tradisjonelle trackere.
Det samme kirigami-mønsteret som brukes på solcellepanelene kan ha bruksområder langt utenfor solenergi, sier Shtein. Det er mulig mønsteret kan være nyttig i kameraer og luftfarts- og bilindustrien, selv om Shtein sier at han ikke er fri til å gi mye detalj.
Origami, kirigamis mest kjente fetter, har blitt brukt til mange vitenskapelige og tekniske anvendelser, fra hjertestenter til romfartsspeil til kollisjonsputer. Kirigami ble nylig brukt av Cornell-forskere for å lage små bøybare transistorer. Transistorene ble kuttet fra grafen (ark med ett karbon tykt atom), og kan brukes til å lage nanomachiner til et hvilket som helst antall formål.
