هنر کاغذی ژاپن، الهام‌بخش نسل جدید سلول‌های خورشیدی تعقیب‌کننده خورشید

هنر کاغذی ژاپن معمولاً برای ایجاد اشکال زیبا و دانه‌های برف به کمک ایجاد برش در کاغذ تاخورده به کار می‌رود. اما اکنون محققان از آن برای ایجاد ایده‌های نو در دنیای انرژی بهره برده‌اند. شکل بالا، نمایی نزدیک از صفحات خورشیدی فیلم-نازک با ساختار جدید را نشان می‌دهد. کنجکاو شدید؟ لطفاً به ادامه مطلب مراجعه کنید…

دانشمندان دانشگاه میشیگان در آن آربور، از هنر باستانی ژاپنی باستانی برش کاغذ، موسوم به کیریگامی (kirigami) الهام گرفته‌اند تا یک نوع سلول خورشیدی خاص تولید کنند که از روشی برای تعقیب خورشید به‌نام «تعقیب اپتیکی» (Optical Tracking) استفاده می‌کند. این حرکات به سلول‌ها این امکان را می‌دهد که در طول روز انرژی بیشتری را از خورشید جذب کنند.

این ایده اولین بار توسط مت شلیان، یکی از نویسنده‌های این پژوهش جدید و پروفسور دانشکده هنر و طراحی دانشگاه میشیگان مطرح شد. شلیان به بررسی راه‌های به کار گرفتن هنر اوریگامی و کیریگامی (هنرهای کاغذی ژاپن) در فناوری‌های جدید پرداخته است.

ماکس اشتاین، یک پروفسور دانشکده علوم و مهندسی مواد دانشگاه میشیگان که نویسنده ارشد این پژوهش است، گفته:

مشکل تعقیب خورشید سالیان سال وجود داشته است. راه‌های متعددی (برای تعقیب خورشید) وجود دارد که شامل موتور و چرخ‌دنده‌ها می‌شود. (این طراحی) قرار است سبک‌تر و ظریف‌تر باشد.

سلول خورشیدی جدید الهام گرفته از هنر ژاپنی، از یک حرکت خمشی برای تغییر زاویه سطحش کمک می‌گیرد. به این منظور، سازه به‌آرامی به کمک یک مکانیسم کوچک موتوردار کشیده می‌شود. برش‌های حساب‌شده در صفحات باعث می‌شود که صفحه‌ای که در حالت عادی صلب است کشیده و خمیده شود.

ویدئوی زیر، یک نمونه از آزمایش این فناوری را نشان می‌دهد:

اشتاین در مصاحبه با Live Science گفته:

اگر اجسام را بکشید، می‌توانید آن‌ها به فرم‌های خاصی تغییر شکل دهید.

پایه این صفحه خورشیدی دارای یک ساختار نسبتاً ساده کیریگامی از خطوط است که داخل «کاپتون» برش داده‌شده‌اند. کاپتون یک فیلم پلی آمید است که انعطاف‌پذیر بوده و در گستره وسیعی از دماها (از ۲۶۹- تا ۴۰۰+ درجه سانتی‌گراد) پایدار می‌ماند. ساختار این طراحی، یک سری خطوط برش موازی کوتاه در فیلم پلی آمید قرار می‌دهد که کمی از خط خارج هستند تا بالای یک برش چند اینچ بالاتر یا پایین‌تر از بالای برش‌های دیگر باشد.

کیوسانگ لی، یک دانشجوی دانشکده مهندسی برق و علوم کامپیوتر و آرون لامورو، یک دانشجوی دانشکده علوم و مهندسی مواد روی روش ساخت این ماده همکاری کردند. روش آن‌ها سطح بالای متالیزه نیم‌رسانا را به سطح پایین متالیزه کاپتون جوش سرد (جوش بدون گرما) می‌دهد که به‌عنوان پشتیبانی برای سلول‌های فوتوولتائیک عمل می‌کند. هم ورق‌های کاپتون و هم سلول‌های فوتوولتائیک در یک الگوی ساده کیریگامی برش داده‌شده‌اند. چون هنگامی‌که توسط پیوندهای اتمی به هم چسبیدند، هردو باید پایه یکسانی داشته باشند.

این نوع طراحی کمتر بدقواره است و به گفته محققان، نسبت به صفحات خورشیدی سنتی که باید روی موتورهای بزرگ سوار شوند، روش کم‌هزینه‌تری برای تعقیب اپتیک است. آن‌ها همچنین ادعا کردند که این طراحی جدید می‌تواند تولید انرژی را حدود ۲۰ الی ۴۰ درصد افزایش دهد.

اشتاین گفته:

ایده این است که پول کمتری خرج کنید و همان‌قدر انرژی که قبلاً تولید می‌شد تولید کنید. یا اینکه همان‌قدر خرج کنید و انرژی بیشتری تولید کنید.

این محققان امیدوارند که در آینده نزدیک طراحی صفحه خورشیدی جدید خود را تجاری کنند. اما به گفته دانشمندان، این نوآوری الهام گرفته از هنر، پتانسیل به کار گرفته شدن در طیف وسیعی از کاربردها را دارد. اشتاین افزود که او و گروهش در حال جستجوی کاربردهای این نوع طراحی‌ها در فیلترینگ و دستگاه‌های الکترومغناطیس هستند، مانند فناوری رادیویی و در ابزار آکوستیک مانند دستگاه‌های تنظیم صدا.

جزئیات بیشتر این پژوهش در هشتم سپتامبر (۱۷ شهریور) امسال در بخش Communications نشریه نیچر (Nature) منتشر شد.

[su_button url=”http://www.livescience.com/52324-kirigami-inspired-solar-cell.html” target=”blank” background=”#159f84″]Livescience[/su_button]