Mit Kirigami, der japanischen Kunst des Papierschneidens, bessere Sonnenkollektoren bauen
Ingenieure, die versuchen, Sonnenenergie für den Durchschnittsnutzer erschwinglicher zu machen, hatten lange Zeit ein Rätsel. Sonnenkollektoren nehmen viel mehr Energie auf, wenn sie sich verschieben können, um der Bewegung der Sonne über den Himmel zu folgen. Die zum Bewegen der Paneele erforderlichen Vorrichtungen sind jedoch teuer und im Allgemeinen zu schwer, um sie auf geneigten Dächern zu verwenden. Nun haben sich die Japaner die Kunst des Papierschneidens ausgeliehen, um eine neue Art von Tracking-Panel zu fertigen. Flache Kunststoffplatten aus Solarzellen werden mit einem Laser mit kleinen Schnitten geritzt. Beim Ziehen drehen sich die Blätter in drei Dimensionen auf und bieten erhöhte Oberflächen in Richtung der Sonne. „Hier haben wir ein Substrat, das wirklich dünn ist. Es ist leicht und muss nicht mit großen Stützen oder Maschinen gekippt werden “, sagt Max Shtein, Professor für Materialwissenschaften und Werkstofftechnik an der Universität. "Alles, was Sie tun müssen, ist, es irgendwie zu dehnen." Die Kirigami-Solarzellen sind das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Shteins Team und. Shlian, der für seine futuristisch anmutenden Skulpturen aus geometrisch gefaltetem, gefaltetem und geschnittenem Papier bekannt ist, war vor einigen Jahren in Shteins Labor auf der Suche nach Wissenschaftlern, mit denen er arbeiten konnte. Er und Shtein verstanden sich sofort. Sie trafen sich regelmäßig und versuchten herauszufinden, wie Shlians Fachwissen bei der Manipulation flacher Oberflächen in einem von Shteins Projekten genutzt werden könnte. Dann zeigte Shlian eines Tages Shtein ein Formular, mit dem er gearbeitet hatte, wobei ein Papier mit kleinen Schlitzen geschnitten wurde. Als Shtein an den Enden zog, dehnte es sich zu einem dreidimensionalen Netz aus. "Ich dachte" Ah ha, Bingo! ", Erinnert sich Shtein. Dies wäre perfekt für ein Solarpanel. Das Team führte eine Simulation mit den Kirigami-Panels durch, die auf den Bedingungen während der Sommersonnenwende in Arizona basierte. Die Simulation ergab, dass das Kirigami-Panel fast genauso gut funktioniert wie ein herkömmliches mechanisch angetriebenes Tracking-Solarpanel und 36 Prozent effizienter als ein stationäres Panel ist. Die Ergebnisse wurden in der. Die Kirigami-Tafeln sind Jahre von der Nutzung durch die Verbraucher entfernt - Shtein hofft, mehr Mittel für die Förderung des Projekts zu erhalten. Möglicherweise sind sie jedoch billiger als herkömmliche Paneele. Während die Kosten für Solarmodule im Laufe der Jahre drastisch gesunken sind (laut einer internationalen Agentur für erneuerbare Energien um 75 Prozent seit 2009), sind die Installationskosten weiterhin hartnäckig hoch. Die Kirigami-Paneele wären wahrscheinlich einfacher zu installieren und erfordern weniger schweres Gerät. Das Projekt befindet sich noch in der Konzeptphase; Das Team hat noch keinen funktionierenden Prototyp des Panels erstellt. Weitere Tests werden erforderlich sein, um festzustellen, ob die dünnen, flexiblen Solarbleche langlebig genug sind, um über einen Zeitraum von Jahren täglich in neue Positionen gezogen zu werden. Wenn das Team ein Paneel bauen will, das 25 Jahre halten kann, müssen die Bleche nach Schätzung von Shtein etwa 25.000 Bewegungen aushalten. "Kann es das tun?", Fragt Shtein. "Wir haben es noch nicht so oft getestet." Es ist auch noch nicht klar, welcher Mechanismus zum Dehnen der Panels verwendet wird, obwohl er wahrscheinlich viel leichter als herkömmliche Tracker ist. ? Das gleiche Kirigami-Muster, das auf den Sonnenkollektoren verwendet wird, könnte weit über die Solarenergie hinaus Anwendung finden, sagt Shtein. Es ist möglich, dass das Muster in Kameras und in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Automobilindustrie nützlich ist, obwohl Shtein angibt, dass es ihm nicht erlaubt ist, viele Details anzugeben. Origami, Kirigamis bekanntester Cousin, wurde für viele verwendet, von Herz-Stents über Luft- und Raumfahrtspiegel bis hin zu Auto-Airbags. Kirigami selbst wurde kürzlich von Cornell-Forschern verwendet, um zu machen. Aus Graphen (ein Atom dicke Kohlenstoffschichten) geschnitten, könnten die Transistoren verwendet werden, um Nanomaschinen für eine beliebige Anzahl von Zwecken zu erzeugen.
Mit Kirigami, der japanischen Kunst des Papierschneidens, bessere Sonnenkollektoren bauen
Ingenieure, die versuchen, Sonnenenergie für den Durchschnittsnutzer erschwinglicher zu machen, hatten lange Zeit ein Rätsel. Sonnenkollektoren nehmen viel mehr Energie auf, wenn sie sich verschieben können, um der Bewegung der Sonne über den Himmel zu folgen. Die zum Bewegen der Paneele erforderlichen Vorrichtungen sind jedoch teuer und im Allgemeinen zu schwer, um sie auf geneigten Dächern zu verwenden. Nun haben sich die Japaner die Kunst des Papierschneidens ausgeliehen, um eine neue Art von Tracking-Panel zu fertigen. Flache Kunststoffplatten aus Solarzellen werden mit einem Laser mit kleinen Schnitten geritzt. Beim Ziehen drehen sich die Blätter in drei Dimensionen auf und bieten erhöhte Oberflächen in Richtung der Sonne. „Hier haben wir ein Substrat, das wirklich dünn ist. Es ist leicht und muss nicht mit großen Stützen oder Maschinen gekippt werden “, sagt Max Shtein, Professor für Materialwissenschaften und Werkstofftechnik an der Universität. "Alles, was Sie tun müssen, ist, es irgendwie zu dehnen." Die Kirigami-Solarzellen sind das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Shteins Team und. Shlian, der für seine futuristisch anmutenden Skulpturen aus geometrisch gefaltetem, gefaltetem und geschnittenem Papier bekannt ist, war vor einigen Jahren in Shteins Labor auf der Suche nach Wissenschaftlern, mit denen er arbeiten konnte. Er und Shtein verstanden sich sofort. Sie trafen sich regelmäßig und versuchten herauszufinden, wie Shlians Fachwissen bei der Manipulation flacher Oberflächen in einem von Shteins Projekten genutzt werden könnte. Dann zeigte Shlian eines Tages Shtein ein Formular, mit dem er gearbeitet hatte, wobei ein Papier mit kleinen Schlitzen geschnitten wurde. Als Shtein an den Enden zog, dehnte es sich zu einem dreidimensionalen Netz aus. "Ich dachte" Ah ha, Bingo! ", Erinnert sich Shtein. Dies wäre perfekt für ein Solarpanel. Das Team führte eine Simulation mit den Kirigami-Panels durch, die auf den Bedingungen während der Sommersonnenwende in Arizona basierte. Die Simulation ergab, dass das Kirigami-Panel fast genauso gut funktioniert wie ein herkömmliches mechanisch angetriebenes Tracking-Solarpanel und 36 Prozent effizienter als ein stationäres Panel ist. Die Ergebnisse wurden in der. Die Kirigami-Tafeln sind Jahre von der Nutzung durch die Verbraucher entfernt - Shtein hofft, mehr Mittel für die Förderung des Projekts zu erhalten. Möglicherweise sind sie jedoch billiger als herkömmliche Paneele. Während die Kosten für Solarmodule im Laufe der Jahre drastisch gesunken sind (laut einer internationalen Agentur für erneuerbare Energien um 75 Prozent seit 2009), sind die Installationskosten weiterhin hartnäckig hoch. Die Kirigami-Paneele wären wahrscheinlich einfacher zu installieren und erfordern weniger schweres Gerät. Das Projekt befindet sich noch in der Konzeptphase; Das Team hat noch keinen funktionierenden Prototyp des Panels erstellt. Weitere Tests werden erforderlich sein, um festzustellen, ob die dünnen, flexiblen Solarbleche langlebig genug sind, um über einen Zeitraum von Jahren täglich in neue Positionen gezogen zu werden. Wenn das Team ein Paneel bauen will, das 25 Jahre halten kann, müssen die Bleche nach Schätzung von Shtein etwa 25.000 Bewegungen aushalten. "Kann es das tun?", Fragt Shtein. "Wir haben es noch nicht so oft getestet." Es ist auch noch nicht klar, welcher Mechanismus zum Dehnen der Panels verwendet wird, obwohl er wahrscheinlich viel leichter als herkömmliche Tracker ist. ? Das gleiche Kirigami-Muster, das auf den Sonnenkollektoren verwendet wird, könnte weit über die Solarenergie hinaus Anwendung finden, sagt Shtein. Es ist möglich, dass das Muster in Kameras und in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Automobilindustrie nützlich ist, obwohl Shtein angibt, dass es ihm nicht erlaubt ist, viele Details anzugeben. Origami, Kirigamis bekanntester Cousin, wurde für viele verwendet, von Herz-Stents über Luft- und Raumfahrtspiegel bis hin zu Auto-Airbags. Kirigami selbst wurde kürzlich von Cornell-Forschern verwendet, um zu machen. Aus Graphen (ein Atom dicke Kohlenstoffschichten) geschnitten, könnten die Transistoren verwendet werden, um Nanomaschinen für eine beliebige Anzahl von Zwecken zu erzeugen.
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