Įprastos saulės panelės efektyviausiai dirba tada, kai saulė šviečia beveik statmenai, tačiau ryte, vakare ar žiemą spinduliai krenta kampu ir dalis šviesos paprasčiausiai atsispindi nuo apsauginio stiklo. Energetikos inžinieriai šią problemą sprendžia jau dešimtmečius, nes būtent kampinis apšvietimas dažnai lemia pastebimą gamybos kritimą.
Pastaraisiais metais mokslininkai vis dažniau atsigręžia į gamtoje randamas formas, o viena sėkmingiausių idėjų atėjo iš bičių korio geometrijos. Tyrėjai sukūrė 3D įgaubtą fotovoltinį modulį, kurio šešiakampės sienelės nukreipia šviesą taip, kad ji ne pabėgtų atgal į atmosferą, o dar kartą patektų ant aktyvių paviršių.
Kaip sumažinami šviesos nuostoliai
Plokščioje panelėje, kai šviesa krenta įstrižai, didėja optinis atspindys ir dalis energijos prarandama dar nepasiekusi saulės elementų. Naujas 3D dizainas veikia kitaip: spindulys, pataikęs į įstrižą sienelę, atšoka į gretimą sienelę ir gauna antrą galimybę būti sugertas.
Šis principas tyrime įvardijamas kaip sustiprintas šviesos sugrąžinimas, kai vidiniai atspindžiai tampa ne nuostoliu, o privalumu. Praktinis tikslas paprastas: kuo daugiau šviesos užrakinti modulio viduje ir kuo mažiau jos „išmesti“ atgal į aplinką.
Kokį efektą rodo bandymai
Tyrėjų pateikti bandymų rezultatai rodo, kad, lyginant su plokščiu moduliu tomis pačiomis sąlygomis, maksimalus galios prieaugis siekė 142,3 proc. Esant idealiam, nulinio laipsnio kritimo kampui, galios išėjimas augo 36,4 proc., o ties 60 laipsnių kampu, kuris tradicinėms panelėms yra vienas sudėtingiausių, fiksuotas 61,8 proc. pagerėjimas.
Tokie skaičiai svarbūs todėl, kad realiomis sąlygomis saulė per dieną nuolat keičia padėtį, o daugelis stoginių ar antžeminių elektrinių nėra aprūpintos saulės sekimo mechanizmais. Jei didesnį efektyvumą pavyktų pasiekti vien forma, tai galėtų mažinti poreikį brangioms judančioms konstrukcijoms.
Kodėl pasirinktas būtent korio principas
Bičių korys gamtoje laikomas itin efektyvia konstrukcija: jis suteikia didelį tūrį ir tvirtumą, sunaudojant minimalų medžiagos kiekį. Inžinerijoje šešiakampė geometrija vertinama dėl mechaninio stabilumo ir lengvo kartojimo, todėl ji patogi ir modulinei gamybai.
Kuriant 3D įgaubtą struktūrą, iššūkiu tampa ne tik optika, bet ir ilgaamžiškumas: sudėtingi kampai turi išlikti stabilūs, atsparūs vėjui, temperatūrų pokyčiams ir mechaninėms apkrovoms. Tyrime aprašomas sprendimas paremtas lanksčiu, spausdintu polimeriniu mechaniniu metamaterialu, kuris leidžia išlaikyti formą ir kartu suteikia konstrukcijai tam tikrą „prisitaikymą“.
Dar vienas potencialus privalumas yra pritaikomumas ne vien plokštiems paviršiams. Jei tokia konstrukcija būtų sėkmingai perkelta į masinę gamybą, ji teoriškai galėtų būti diegiama ant lenktų fasadų, transporto priemonių ar kitų netipinių paviršių, kur klasikinės panelės geometriškai ne visuomet patogios.
Tyrimą apie korio struktūros 3D įgaubtus fotovoltinius modulius ir šviesos sugrąžinimo efektą publikavo „Advanced Materials Technologies“ 2023 metais. Nors iki plataus pritaikymo dar reikalingi papildomi bandymai dėl kainos, gamybos mastelio ir patvarumo, kryptis aiški: net ir seniai pažįstama saulės energetika dar turi kur augti, jei keičiamas pats modulio dizainas.
Leave a Reply