Сонячна енергетика бере уроки у соняшнику
Що потрібно зробити в ситуації, коли сонячна батарея статична, а Сонце, на жаль, немає? Треба вчитися у соняшників, вважають американські дослідники. Адже ці рослини постійно відстежують стан світила, повертаючись слідом за ним.
Кут між сонячною батареєю і падаючими на неї променями надзвичайно важливий для досягнення максимальної ефективності абсорбції світла, а тому разом з дорогими сонячними панелями щодо поставки товару складну і не менш дорогу систему моторів і приводів. Причому панелі для домашнього використання такої поворотної системою, на жаль (чи на щастя - для нашої кишені), не оснащуються, з усіма наслідками, що випливають для ефективності установки. Таким чином, стає очевидною потреба в створенні простої і дешевої технології механічної підстроювання, яка могла б стати в нагоді обивателю.
Спостерігаючи за соняшниками, співробітники Університету штату Вісконсін в Медісоні (США) розробили нанокомпозит, здатний скручуватися і рухатися у відповідь на нагрів сонячними променями. Застосування такого матеріалу при монтажі батареї дозволило різко збільшити її загальну ефективність.
Жовті стрілки символізують падаючий на композит світло, який змушує матеріал скручуватися, знову підставляючи панель під промені сонця. (Ілюстрація Wiley-VCH.)
Розроблений світлочутливий композит (вірніше, теплочутливі, оскільки нагрівають його сонячні промені) заснований на використанні рідкокристалічних еластомерів (LCE), які здатні змінювати свій внутрішній порядок у відповідь на опромінення світлом. Ця зміна порядку (або орієнтації) всередині матеріалу призводить до відчутним механічним змінам: матеріал починає «скручуватися», потрапивши в сонячне світло, а потім, опинившись в тіні, релаксує в початковий стан. У самих LCE нічого наднового немає, але вченим вдалося зробити їх набагато більш чутливими, додавши одностінні вуглецеві нанотрубки.
Справа в тому, що LCE чутливі тільки до специфічних довжинах хвиль світла, які вони, нагріваючись, здатні ефективно поглинати, в той час як більша частина сонячного світла буде просто пропадати. Вуглецеві нанотрубки, навпаки, ефективно поглинають в широкому діапазоні довжин хвиль, генеруючи тепло, яке і забезпечує фазовий перехід в LCE-матриці. І тоді стає можливим використовувати просте параболічне дзеркало, розміщене за LCE-матрицею для концентрації світла.
Кінцевий механізм виглядає так, як показано на ілюстрації: колони з LCE-композиту підтримують сонячну панель таким чином, щоб протягом світлового дня одна або дві колони весь час перебували прямо проти світила і, нагріваючись, нахиляли батарею під потрібним кутом (див. Відео нижче ). Автори розробки стверджують, що як в лабораторних, так і в польових тестах система з LCE-позиціонуванням продемонструвала значно вищий фототок в порівнянні зі звичайною панеллю.
Лише два моменти представляються тут сумнівними: добре, коли панель маленька і легка, як в відео, але ж і толку тоді від неї не дуже багато. А чи зможе LCE-композит витримати (а тим більше - рухати вгору-вниз) батарею, придатну для домашнього використання? А батарею сонячної електростанції? І скільки цього композиту знадобиться? І друге: невже LCE і вуглецеві нанотрубки «в одному флаконі» в шести колонах дешевше пари сервоприводів, датчика освітленості і невеликого керуючого комп`ютера? ..
Детальний опис нової композитної системи позиціонування сонячних батарей можна знайти в журналі Advanced Materials.
