Японское искусство помогло физикам создать эффективный фотоэлемент

Японское искусство изготовлять объемные фигурки из бумаги – киригами – помогло физикам создать такую версию солнечных батарей, которая не теряет эффективности по мере движения Солнца по небосводу и изменения угла падения его лучей на фотоэлементы, говорится в статье, опубликованной в Nature Communications.

"Красота нашей идеи заключается в том, что с точки зрения пользователя и обывателя, устанавливающего ее на свою крышу взамен обычного фотоэлемента, ничего не поменяется. Но внутри самой батареи происходит нечто необычное – она разбита на множество мелких сегментов, которые поворачиваются вместе с Солнцем", — объясняет Макс Штейн (Max Shtein) из университета штата Мичиган в Энн-Арборе (США).

Как объясняют физики, солнечные батареи извлекают максимум энергии из солнечного света в том случае, когда лучи светила падают на них под прямым углом. Если лучи будут падать на панель под наклоном, то она будет поглощать меньше энергии и ее КПД заметно упадет. Солнце постоянно движется по небосводу во время дня, и поэтому солнечные батареи, установленные на крышах домов, будут работать на пике эффективности лишь в течение несколько минут за весь день.

Штейн и его коллеги решили эту проблему, используя киригами – искусство изготовления трехмерных фигур из листа бумаги и ножниц, придуманное японским архитектором Масахиро Чатани в 80 годах прошлого века.

Заручившись помощью одного из профессоров университета, Мэттью Шлиана, умевшего складывать фигурки киригами, Штейн и его коллеги изготовили своеобразные "вееры" из каптона, покрыли их фотоэлементами, и прикрепили к особой растягивающейся сетке. Как объясняют физики, если потянуть за один из углов этой сетки, угол наклона и положение каждого фрагмента солнечной батареи изменится, что позволяет управлять их положением с точностью до 1 градуса.

По словам ученых, их батарея примерно на 36% эффективнее обычных плоских фотоэлементов, и ненамного уступает самым продвинутым вариантам солнечных электрогенераторов, которые поворачиваются вместе с Солнцем при помощи механических двигателей. Как надеются ученые, их изобретение поможет удешевить электроэнергию, вырабатываемую при помощи солнечных батарей, а также уменьшит их стоимость.

На видео, представленном ниже, ученые демонстрируют возможности контролируемого поворота полосок тонкопленочных солнечных элементов.