Bøyelige solceller strekkes og vris i retning av sola. Slik kan effekten av solceller øke opp mot en halv gang til uten å bruke tunge mekanismer som dreier hele solcellepanelet. Forskerne ved University of Michigan har latt seg inspirere av japansk klippekunst – kirigami. Lengre ned i artikkelen kan du laste ned et ark og prøve å klippe til selv og se en video som viser hvordan arket kan brukes. (Foto: Aaron Lamoureux, University of Michigan)
Bøyelige solceller strekkes og vris i retning av sola. Slik kan effekten av solceller øke opp mot en halv gang til uten å bruke tunge mekanismer som dreier hele solcellepanelet. Forskerne ved University of Michigan har latt seg inspirere av japansk klippekunst – kirigami. Lengre ned i artikkelen kan du laste ned et ark og prøve å klippe til selv og se en video som viser hvordan arket kan brukes. (Foto: Aaron Lamoureux, University of Michigan)

Solcellevipp med papirklipp

Bøyelige solceller kan følge solen lettere og billigere, inspirert av japansk klippekunst. Prøv selv!

Publisert

Strimler av solceller bøyer seg og følger solas gang over himmelen. Japansk klippekunst kan erstatte tung mekanikk, viser en gruppe amerikanske forskere.

– Jeg er veldig fascinert av dette tilsynelatende enkle konseptet, skriver Erik Stensrud Marstein i en e-post til forskning.no. Han er forskningsleder ved Sollaboratoriet på Institutt for energiteknikk.

– Det er lett å se for seg flere løsninger der det å kunne vinkle paneler samtidig som det kommer frem åpninger for lys kan skape veldig spennende muligheter for både fasade- og takmonterte anlegg, fortsetter han.

Øker effekten

Solceller lager mest strøm hvis peker rett mot sola. Slike paneler finnes. De har motorer som vrir dem i riktig retning.

En slik mekanisme kan øke effektiviteten med mellom en femtedel og nesten en halv gang, ifølge studien som forskerne har publisert i Nature Communications. Likevel er ikke slike motoriserte paneler så vanlige.

Styrbare solcellepaneler fanger mer sol, men må bygges store og tunge for å motstå kreftene fra vind. Disse panelene står på anlegget Earth Rangers Centre, et utstillingsvindu for miljøvennlig bygningsteknologi i Ontario i Canada. (Foto: Raysonho @ Open Grid Scheduler / Grid Engine,  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license)
Styrbare solcellepaneler fanger mer sol, men må bygges store og tunge for å motstå kreftene fra vind. Disse panelene står på anlegget Earth Rangers Centre, et utstillingsvindu for miljøvennlig bygningsteknologi i Ontario i Canada. (Foto: Raysonho @ Open Grid Scheduler / Grid Engine, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license)

Dyre og tunge

Bevegelige deler gjør panelene dyrere å installere og drifte. Panelet må heves over underlaget for å gi plass til aksling og motor.

– Et solcellepanel løftet opp fra underlaget kan i sterk vind fungere som et seil og røske grundig i eventuelt oppheng, skriver Marstein.

– Derfor må man ta i litt når man lager aksler og motorsystemer. Dette øker vekt og kostnad, fortsetter han.

Dreibare paneler må monteres med avstand imellom og er dominerende estetisk. Derfor finnes de knapt på hustak i dag, ifølge Marstein.

Strekk og vri

Forskerne fra University of Michigan har latt seg inspirere av kirigami. Dette er japansk papirkunst.

Kirigami ligner på origami, men origami er brettekunst. I kirigami blir papiret også klippet.

Forskerne monterte bøyelige solceller av galliumarsenid på et underlag av plaststoffet Kapton. Dette arket hadde flettede, parallelle spalter. Når arket ble strukket, vred båndene med solceller seg.





Slik virker kirigami-arket med solceller. Solcellene vris til den siden du løfter arket. Slik kan vinkelen mot sola varieres. Last ned arket og prøv selv, enten som pdf eller som Word-dokument!

Forskerne kunne til og med styre hvilken vei båndene vred seg ved å heve den ene eller den andre enden av arket før de dro. Slik kunne båndene vri seg over en dobbelt så stor vinkel og dekke mange forskjellige solhøyder over horisonten.

Å følge solas ferd fra øst mot vest var da bare et spørsmål om å rotere hele arket langs arkflaten.

Tåler tusen bøy og tøy

Forskerne prøvde ut systemet i laboratoriet med en standard lyskilde, og regnet ut hvor effektiv en slik bøyelig solcelle er sammenlignet med et dreibart, flatt panel.

De fant at de bøyelige panelene var nesten like gode til å følge sola som de flate panelene. Årsaken til at de ikke var helt like gode, var blant annet at de forskjellige båndene skygget litt for hverandre.

Forskerne undersøkte også om gjentatte bøyninger av solcellene slet på materialet. De fant ut at ved å justere avstanden mellom spaltene og lengden av dem, kunne de beholde nesten all bøyeligheten selv etter tusen gangers bøyning.

Med andre underlag enn Kapton kan dette forbedres enda mer, skriver forskerne i studien.

Kirigami-solpaneler kan ikke bare bygges billigere og lettere på skråtak. De kan også gjøre nytte for seg i mobile løsninger og i verdensrommet, foreslår forskerne i studien i Nature Communications.





Video fra University of Michigan viser kirigami-solcellen som vris og bøyes.

Referanse og lenke:

Aaron Lamoureux m.fl.: Dynamic kirigami structures for integrated solar Tracking, Nature Communications, 8. september 2015, DOI: 10.1038/ncomms9092, sammendrag.

Art-inspired solar cells, nyhetsmelding fra University of Michigan.