Фокусировка Солнца

Oct 21, 2023

Эд Браун

Профессор Нина Вайдья разработала новый тип оптического концентратора — линзу с осевым градиентом индекса (AGILE), которая может пассивно фокусировать солнце на фотоэлектрический элемент под любым углом, чтобы уменьшить количество фотоэлектрического материала, необходимого для производства заданного количества энергии.

Технические краткие сведения:Первое, что привлекло мое внимание, — это воспоминания о том, как я был маленьким мальчиком с отцом в парке и под лупой сжигал листья — это было очень весело.

Профессор Нина Вайдья: Автор статьи в Стэнфордских новостях о нашей работе Лаура Кастанон предложила такой способ информирования о нашем проекте. Как ученые, мы стремимся формулировать идеи так, чтобы они могли дойти до общественности. Весь день в лаборатории или на встречах с другими инженерами и учеными мы говорим определенным образом и используем специализированный жаргон. Статья в новостях из Стэнфорда помогла мне объяснить нашу технологию линз с осевым градиентом (AGILE) и ее влияние, а также рассказала о нашей недавней рукописи.

Технические краткие сведения:Что привело вас в этот проект?

Вайдья: Это хороший вопрос. Когда я только начинал, я переехал с работы по бизнес-консультированию в Европе в Стэнфорд, чтобы получить докторскую степень, поскольку мне очень хотелось вернуться к научным исследованиям, особенно в области чистой энергетики и устойчивого развития. В моей первой четверти в Стэнфорде я отчетливо помню курс профессора Олава Солгаарда «Проектирование микро- и нано-оптических устройств». Он попросил нас сделать индивидуальный отчет о новой идее, связанной с оптикой, фотоникой или микроэлектромеханическими системами (МЭМС).

Олав однажды спросил, можно ли спроектировать оптическое устройство, которое могло бы принимать весь свет со всех углов и фокусировать его в одной и той же точке, не перемещая его к источнику, — и он упомянул оптику с градиентным индексом.

Это заставило меня задуматься; Итак, после дополнительных обсуждений и моделирования я придумал дизайн. Этот индивидуальный отчет о проекте затем стал моим докторским проектом, а Олав стал моим научным руководителем. Затем появились два патента, прототипы и две более поздние статьи.

Технические краткие сведения:Была ли это всего лишь его теоретическая идея — задать этот вопрос?

Вайдья: Да, мы начали с этой неосуществимой теоретической мечты, чтобы разработать идеальный оптический концентратор, которому не нужно отслеживать источник. Затем я работал над технико-экономическим обоснованием нашей идеи и сравнением с поиском литературы, моделированием, теорией и оптимизацией конструкции. Были люди, с которыми я разговаривал, и они сказали мне, что реализовать эту идею как настоящее устройство из реальных материалов невозможно, но я думал, что это возможно. Олав дал мне свободу исследований и вдохновил меня на исследование различных оптических материалов, новых технологий изготовления и создание оборудования для исследования этого неизведанного пространства.

Статьи по Теме

Улучшенный материал, достаточно стабильный для солнечных элементов

Термохромные фотоэлектрические окна

Это потребовало проб и ошибок и общения со многими теоретиками и экспериментаторами, компаниями, продающими оптические материалы, линзы, и различными компаниями, занимающимися солнечной энергией. Я даже пытался создать в лаборатории некоторые материалы с полимерами, наночастицами, нанопористостью и тому подобным, чтобы они соответствовали теоретическому индексу градиента. Наконец, как я описал в нашей статье, я использовал разные типы стекол и полимеров. Некоторые из них изготавливаются по индивидуальному заказу Ohara Glass Corporation, а некоторые представляют собой полимеры оптического класса, отверждаемые УФ-излучением, от Norland Products Inc. Главное, что мы хотели варьировать показатель преломления от низкого до высокого в сыпучем материале. Но диапазон необходимой разницы показателей преломления очень велик.

Что-то вроде оптоволоконного кабеля имеет рейтинг от 1,45 до 1,5, что хорошо подходит для связи, но очень мало для нашего приложения. Я хотел полностью перейти от показателя преломления воздуха, который составляет примерно 1,0, к фотоэлектрическому материалу, около 3,5 — это огромно. И не только это, я хотел иметь возможность использовать весь широкополосный спектр солнечного света — сделать AGILE с материалами, которые имеют такой широкий диапазон индексов, но также очень прозрачны во всем солнечном спектре, с совместимыми коэффициентами теплового расширения и надежностью, поэтому все разные слои могут оставаться вместе, создавая форму градуированного индекса.