211service.com
Pigesnis saulės koncentratorius
Nicolas Morganas laiko kvadratinį skaidraus, suformuoto akrilo gabalą, maždaug centimetro storio, ir šviečia šviečiančiu šviestuvu tiesiai ant plokščio paviršiaus. Žalia sija patenka į akrilą ir pasilenkia link aikštės centro. Morganas pakartoja procesą skirtinguose paviršiaus taškuose ir kiekvieną kartą spindulys krypsta link centro.
Vadovaujanti šviesa : Morgan Solar didelio tikslumo optika – dalis akrilo, o dalis – stiklas – suformuota taip, kad šviesa būtų sulaikoma ir atsimuštų į jos centrą. Antrinė stiklo optika sukoncentruoja šviesą į 1000 saulių ir nukreipia ją į mažą, didelio efektyvumo saulės elementą. Žemo profilio dizainas žada sumažinti gamybos ir transportavimo išlaidas.
Akrilo komponentas, vadinamas šviesos gido saulės optika (LSO), yra naujo tipo saulės koncentratorius, galintis žymiai sumažinti elektros energijos gamybos iš saulės išlaidas. Skirtingai nuo esamų dizainų, nereikia veidrodžių, sudėtingos optikos ar cheminių medžiagų, kurios sulaikytų ir manipuliuotų šviesa. Tai gryna geometrinė optika, sako Morganas, Toronte įsikūrusios Morgan Solar verslo plėtros direktorius.
Saulės koncentratoriai pastaraisiais metais atsirado kaip būdas padidinti saulės spindulių, patenkančių į saulės elementus, kurie yra brangiausia saulės baterijų dalis, kiekį. Kad saulės energija būtų prieinamesnė, inžinieriai siekė naudoti mažiau saulės elementų medžiagų, sutelkdami saulės šviesą į daug mažesnes erdves.
Tačiau šis požiūris turi savų iššūkių. Dauguma koncentratorių dažniausiai yra sudėtingos sistemos, kuriose naudojami specialūs lęšiai, lenkti veidrodžiai ir kiti optiniai komponentai, kurių židinio nuotolis nėra nulinis. Tai reiškia, kad tarp saulės elemento ir optikos turi būti pakankamai atstumo – oro tarpo, kad šviesa būtų tinkamai sufokusuota. Dėl to koncentratoriumi pagrįstos sistemos paprastai supakuotos į didelių gabaritų korpusus, kurių gylis yra pakankamas, kad atitiktų židinio nuotolį ir apsaugotų visus komponentus gabenimo metu. Tai reiškia didesnes medžiagų ir surinkimo išlaidas bei brangesnį siuntimą.
Prieš porą metų Nicolas brolis Johnas Paulas Morganas sugalvojo kietojo kūno saulės koncentratoriaus sistemą: plokščią, ploną akrilo optiką, kuri sulaiko šviesą ir nukreipia ją link centro. Morgan Solar koncentratoriaus centre yra antrinė, apvali optika, pagaminta iš stiklo. Su plokščiu dugnu ir išgaubtu, veidrodiniu viršumi, optika priima įeinančią šviesos užtvarą, kurios koncentracija yra apie 50 saulių, ir sustiprina ją iki beveik 1000 saulių, prieš palenkdama šviesą 90 laipsnių kampu.
Skirtingai nuo kitų koncentratorių, šviesa nepalieka optikos prieš patekdama į saulės elementą. Vietoj to, didelio efektyvumo ląstelė, maždaug kūdikio miniatiūros dydžio, yra prijungta tiesiai prie stiklo optikos centro apačios, kur ji sugeria žemyn lenktą šviesą. Nėra oro tarpo ir nėra tikimybės, kad trapūs komponentai bus išmušti iš rikiuotės.
Viskas apie kritinį kampų valdymą, kai šviesa patenka į pirmąją optiką, aiškina Nicolas Morgan. Dizainas naudoja reiškinį, vadinamą visišku vidiniu atspindžiu – kampu, kuriuo šviesos spindulys optinėje medžiagoje atsispindės atgal į medžiagą, o ne pabėgs.
Triukas yra suformuoti akrilą taip, kad jis, patekęs į pirmąją optiką, išlenktų šviesą tam tikra kryptimi. Jis turi užtikrinti, kad šviesa išlaikytų tokį kampą, kad ji neišeitų, ir nukreipti ją į stiklo optiką centre. Tikslumas yra labai svarbus ne tik kuriant optiką, bet ir kuriant formas, skirtas masinei jų gamybai.
Bendrovė tikisi, kad jos pirmosios komercinės sistemos versijos bus sudarytos iš maždaug aštuonių kvadratinių colių dydžio akrilo plokštelių su antrine stiklo optika, kuri yra maždaug dvigubai didesnė už nikelio skersmenį.
McMaster universiteto (Kanada) inžinerinės fizikos profesorius Ray'us LaPierre'as ir didelio efektyvumo saulės elementų ekspertas pirmą kartą pamatė Morgan Solar LSO prototipą gruodžio mėnesį Kanados saulės energijos konferencijoje ir išėjo sužavėtas. Jų dizainas tikrai naujas, fiziškai patikimas, gali būti pigiai pagamintas ir turi gerą galimybę pakeisti koncentratoriaus [technologiją], sako LaPierre.
Tačiau, kaip ir kiti PV koncentratoriai, Morgan Solar technologijai vis tiek reikalinga sekimo sistema, kad ji būtų nukreipta į saulę. MIT mokslininkai pašalino stebėjimo priemonių poreikį, sukurdami specialias dažų dangas, kurios gali sugerti išsklaidytą šviesą, tačiau Morgan Solar technologija yra arčiau rinkos. Nicolas Morgan priduria, kad sekimo įrenginiai šiandien yra tikslūs, patikimi ir prideda ribines išlaidas už 44 proc. Kai kurie verslo ir inžineriniai sprendimai dar turi būti priimti, tačiau jis tikisi, kad iki 2011 m. bendrovė galės sukurti savo sistemą už mažiau nei 1 USD už vatą, o su tam tikra vertikalia integracija – žymiai mažiau. Dėl to gaminio efektyvumas būtų beveik 30 procentų, o sąnaudos konkuruotų su plona plėvele.
Manau, kad šios koncepcijos reikėtų siekti, sako inžinerijos profesorius Rolandas Winstonas, Kalifornijos universiteto Merced nevaizdinės optikos ekspertas. Tačiau jis abejoja akrilo kaip koncentratoriaus naudojimu: nebuvo įrodyta, kad akrilas tinkamas naudoti ilgą laiką, ypač esant koncentruotai saulės šviesai.
Johnas Paulas Morganas teigia, kad tai yra pagrindinė priežastis, kodėl bendrovė savo sistemoje naudoja akrilą ir stiklą. Bendrovė sąmoningai apribojo koncentraciją akrilo dalyje iki 50 saulės spindulių ir turi mažesnę stiklo optiką, kuri atlieka sunkų kėlimą. Norime, kad ši sistema tarnautų 25 metus, todėl stengiamės iš tikrųjų pabrėžti medžiagą, sako jis. Kai tik įrodysime, kad galime stumti akrilą toliau, sutrauksime stiklo optiką.
Daugelyje 2009 m. planuojamų bandomųjų projektų koncentratorius bus išbandytas lauke. Bendrovė tikisi, kad komercinė gamyba prasidės 2010 m.