Hierdoor is zonnetracking niet meer nodig.
In een persbericht van de universiteit stond dat onderzoekers van Stanford University een nieuwe optische concentrator hadden ontwikkeld die zelfs diffuus licht naar een vaste positie kan kanaliseren, waardoor de stroomopwekkingscapaciteit van zonnepanelen wordt vergroot.
Fotovoltaïsche cellen werken het beste wanneer er direct zonlicht op valt. Om het meeste uit het beschikbare zonlicht te halen gedurende de dag, hebben wetenschappers vertrouwd op het volgen van zonne-energie om panelen synchroon met de zon te laten bewegen terwijl deze door de lucht reist. Het installeren van deze systemen verhoogt echter de kosten van het inzetten van zonnepanelen, wat een aanzienlijk obstakel vormt voor grootschalige acceptatie.
De Stanford-oplossing voor het probleem
Onderzoeker Nina Vaidya van Stanford University ontwierp een elegant apparaat dat licht dat er vanuit elke hoek en met elke frequentie op valt, kan concentreren en vervolgens naar een enkel punt op het paneel kan leiden.
Het apparaat heet Axially Graded Index Lens (AGILE) maar ziet er niets spectaculairder uit dan een glazen piramide in een omgekeerde positie. “Het is een volledig passief systeem – het heeft geen energie nodig om de bron te volgen of bewegende delen te hebben”, zei Vaidya in het persbericht. “Zonder optische focus die posities verplaatst of de noodzaak van volgsystemen, wordt het concentreren van licht veel eenvoudiger.”
In samenwerking met haar promotor, Olav Solgaard, theoretiseerde Vaidya dat een technisch materiaal met een gelijkmatig verhoogde brekingsindex inkomend licht zou kunnen buigen en naar een enkel punt zou kunnen leiden. De brekingsindex is een maat voor hoe snel licht door een materiaal reist. In het theoretische apparaat van Vaidya zou het licht aan het oppervlak nauwelijks buigen, maar terwijl het erdoorheen ging, zou het apparaat buigen totdat het bijna verticaal werd.
Theorie omzetten in realiteit
De onderzoekers experimenteerden met veel materialen, waaronder glas en polymeren, om hun apparaat met een graduele brekingsindex te maken. De prototypes hadden ook spiegels aan hun zijkanten, zodat eventueel ontsnappend licht direct teruggestuurd zou worden. Het gebruik van een mix van materialen had ook het nadeel dat ze onder hitte anders konden uitzetten, waardoor er scheuren in het apparaat ontstonden.
In het persbericht stond dat Vaidya’s eerdere werk met 3D-printen van pas kwam toen ze polymere lenzen had vervaardigd met ruwheid op nanometerschaal. Met behulp van nieuwe fabricagetechnieken konden de onderzoekers AGILE 3D printen met behulp van in de handel verkrijgbare polymeren en brillen.
In de gebouwde en geteste prototypen vingen de onderzoekers 90 procent van het licht op dat het AGILE-oppervlak trof en creëerden ze plekken die drie keer helderder waren dan het invallende licht. De lens werkt ook met een breed lichtspectrum, variërend van ultraviolet tot infrarood, evenals licht dat wordt verstrooid als gevolg van veranderingen in het weer of de atmosferische omstandigheden.
Een laag AGILE bovenop zonnepanelen zou niet alleen kunnen helpen bij het verwijderen van beschermende lagen die momenteel worden gebruikt, maar zou ook ruimte kunnen creëren voor koeling en circuits tussen de omgekeerde piramides, aldus het persbericht. Nu het oppervlak dat nodig is voor stroomopwekking kleiner wordt, kunnen de zonnepanelen kleiner worden, waardoor de productiekosten dalen.
Zonnepanelen zijn nu nog spannender geworden.
