Las células solares capturan hasta un 40 por ciento más de energía cuando pueden rastrear el sol a través del cielo, pero los rastreadores motorizados convencionales son demasiado pesados y voluminosos para techos inclinados y superficies de vehículos.
Ahora, tomando prestado del kirigami, el antiguo arte japonés de cortar papel, los investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado células solares que pueden tenerlo en ambos sentidos.
"El diseño toma lo que hace un gran panel solar de seguimiento y lo condensa en algo que es esencialmente plano", dijo Aaron Lamoureux, estudiante de doctorado en ciencias e ingeniería de materiales y primer autor del artículo Comunicaciones de la naturaleza .
Según un informe del Departamento de Energía, los techos residenciales representan alrededor del 85 por ciento de las instalaciones de paneles solares en los EE. UU., Pero estos techos necesitarían un refuerzo significativo para soportar el peso de los sistemas convencionales de protección solar.
Un equipo de ingenieros y un artista desarrollaron una serie de pequeñas células solares que pueden inclinarse dentro de un panel más grande, manteniendo sus superficies más perpendiculares a los rayos del sol.
"La belleza de nuestro diseño es, desde el punto de vista de la persona que está colocando este panel, nada realmente cambiaría", dijo Max Shtein, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. "Pero por dentro, estaría haciendo algo notablea pequeña escala: la célula solar se dividiría en pequeños segmentos que seguirían la posición del sol al unísono ".
Los investigadores de células solares piensan en rastrear en términos de cuánto de un panel solar puede "ver" el sol. Cuando el panel está en ángulo, parece más pequeño. Al diseñar una matriz que se inclina y se separa cuando los rayos del sol estánentrando en ángulos más bajos, elevan el área efectiva que absorbe la luz solar.
Para explorar patrones, el equipo de ingenieros trabajó con el artista de papel Matthew Shlian, profesor de la Escuela de Arte y Diseño de la UM. Shlian les mostró a Lamoureux y Shtein cómo crearlos en papel usando un cortador de trazador. Lamoureux luego hizo patrones más precisosen Kapton, un plástico de grado espacial, usando un láser de dióxido de carbono.
Aunque el equipo probó diseños más complejos, el patrón más simple funcionó mejor. Con cortes como filas de guiones, el plástico se separó en una malla básica. Las tiras interconectadas de Kapton se inclinan en proporción a cuánto se estira la malla, hastaprecisión de aproximadamente un grado.
Para hacer la matriz solar, Kyusang Lee, un estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica, construyó células solares personalizadas en el laboratorio de Stephen Forrest, el Profesor de Ingeniería de la Universidad Peter A. Franken y el Profesor de Ingeniería Paul G. Goebel. Él yLamoureux los unió a una pieza sin cortar de Kapton, dejando espacios para los cortes. Luego, Lamoureux diseñó el Kapton con el cortador láser.
El diseño con la mejor promesa de seguimiento solar era imposible de hacer en la UM porque las células solares serían muy largas y estrechas. Escalando a un ancho factible, las células se volvieron demasiado largas para caber en las cámaras utilizadas para hacer elprototipos en el campus, por lo que el equipo está buscando otras opciones.
El diseño optimizado es efectivo porque se estira fácilmente, permitiendo mucha inclinación sin perder mucho ancho. Según las simulaciones del equipo de generación de energía solar durante el solsticio de verano en Arizona, es casi tan bueno como un rastreador de eje único convencional, que ofrece una mejora del 36 por ciento sobre un panel estacionario. Los seguidores convencionales producen aproximadamente un 40 por ciento más de energía que los paneles estacionarios en las mismas condiciones, pero son voluminosos, propensos a atrapar el viento y diez o más veces más pesados, dijo Shtein.
"Creemos que tiene un potencial significativo, y estamos buscando activamente aplicaciones realistas", dijo. "En última instancia, podría reducir el costo de la electricidad solar".
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Materiales proporcionados por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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