Source : cosmosmagazine.com
Différentes étapes de la fabrication de la pyramide en verre à gradient d'indice : lorsqu'elle est en contact optique avec une cellule solaire, la pyramide à l'étape finale (coin inférieur droit) absorbe et concentre la majeure partie de la lumière incidente et apparaît sombre. 1 crédit
Les panneaux solaires joueront un rôle majeur dans la future production d'énergie durable, mais ils fonctionnent mieux lorsque la lumière du soleil les frappe directement. Cela peut être un problème lorsque la lumière du soleil est diffusée par la couverture nuageuse ou lorsque le soleil passe au-dessus tout au long de la journée.
De nombreux panneaux solaires tournent activement vers le soleil pour capter autant d'énergie que possible. Cela les rend plus coûteux et compliqués à construire et à entretenir que ceux qui restent fixes.
Mais en mouvementpanneaux solairesne sera peut-être pas nécessaire à l'avenir, car un chercheur en ingénierie a conçu un appareil capable de capter 90 % de la lumière qui tombe dessus – quel que soit son angle ou sa fréquence – et de la concentrer pour qu'elle soit trois fois plus lumineuse.
Larecherchera été publié dans Microsystems & Nanoengineering.
"C'est un système complètement passif - il n'a pas besoin d'énergie pour suivre la source ou avoir des pièces mobiles", explique le premier auteur, le Dr Nina Vaidya, qui a terminé la recherche en tant que doctorante à l'Université de Standford, aux États-Unis, et est maintenant assistante professeur d'astronautique et d'ingénierie des engins spatiaux à l'Université de Southampton, Royaume-Uni.
"Sans mise au point optique qui déplace les positions ou besoin de systèmes de suivi, la concentration de la lumière devient beaucoup plus simple."
AGILE - Lentille à indice axialement gradué
L'appareil s'appelle AGILE, qui signifie lentille à indice axialement gradué, et il ressemble à une pyramide de verre à l'envers avec la pointe coupée.
Cela fonctionne un peu comme un comment unloupepeut concentrer la lumière du soleil sur un point plus petit et plus lumineux lors d'une journée ensoleillée. Mais le point focal d'une loupe se déplace comme le fait le soleil, ce qui n'est pas utile lorsque vous souhaitez concentrer la lumière du soleil sur une zone spécifique d'une cellule photovoltaïque tout au long de la journée.
Avec AGILE, la lumière pénètre dans le haut large et carré sous tous les angles et est canalisée vers le bas pour se concentrer à la même position en bas - créant un point plus lumineux à la base étroite qui se trouve au-dessus d'une cellule photovoltaïque.
"Nous voulions créer quelque chose qui capte la lumière et la concentre au même endroit, même lorsque la source change de direction", explique Vaidya. "Nous ne voulons pas avoir à déplacer sans cesse notre détecteur ou notre cellule solaire, ou à déplacer le système pour faire face à la source.
L'auteur principal Olav Solgaard, professeur de génie électrique à Stanford et directeur de thèse de Vaidya, déclare : « Un AGILE idéal a, tout à l'avant, le même indice de réfraction que l'air et il augmente progressivement - la lumière se plie de manière parfaitement courbe lisse.
"Mais dans une situation pratique, vous n'allez pas avoir cet AGILE idéal."
Au lieu de cela, le prototype AGILE est fait de ce qu'on appelle un matériau à gradient d'indice, qui est composé de différentes couches de verres et de polymères qui plient la lumière à différents degrés. Ces couches modifient la direction de la lumière entrante par étapes jusqu'à ce qu'elle arrive presque verticalement vers la sortie.
Faire passer AGILE de la théorie à la réalité
L'un des plus grands défis dans la création du prototype AGILE a été de trouver et de créer les bons matériaux disponibles dans le commerce qui pourraient laisser entrer un large spectre de lumière, lui permettre de passer à travers et la plier de plus en plus vers la sortie - tout en étant compatibles les uns avec les autres .
Par exemple, si un verre se dilatait en réponse à la chaleur à un rythme différent d'un autre, l'ensemble de l'appareil pourrait se fissurer. Les matériaux devaient également être suffisamment robustes pour être usinés en forme et rester durables.
Les côtés des prototypes sont également en miroir pour renvoyer toute lumière allant dans la mauvaise direction vers la base.
Ces appareils AGILE pourraient être installés dans une couche au-dessus decellules solaires, remplaçant l'encapsulation existante qui protège les panneaux solaires, et créerait même plus d'espace pour le refroidissement et les circuits entre les pyramides rétrécies des appareils individuels.
"Pouvoir utiliser ces nouveaux matériaux, ces nouvelles techniques de fabrication et ce nouveau concept AGILE pour créer de meilleurs concentrateurs solaires a été très gratifiant", conclut Vaidya.
"Une énergie propre abondante et abordable est un élément essentiel pour relever les défis urgents en matière de climat et de durabilité, et nous devons catalyser des solutions d'ingénierie pour en faire une réalité."
