بیشترین توان خروجی در سلول‌های خورشیدی زمانی حاصل می‌شود که نور خورشید به صورت مستقیم بر سطح‌ آرایه‌های مسطح آن می‌تابد. ردیاب‌های خورشیدی برای جهت‌گیری این آرایه‌ها در امتداد دو محور استفاده می‌شوند و به آن‌ها این امکان را می‌دهند تا خورشید را حتی در طی روز و در طول یک‌ سال نیز با وجود عوض شدن مکان‌اش ردیابی کنند.

ردیاب‌های پر دردسر

بسته به مکان جغرافیایی یک آرایه خورشیدی و مجهز بودن آن به یک یا دو محور، یک ردیاب معمولی می‌تواند میزان انرژی دریافتی در طی یک سال را در مقایسه با آرایه‌های ثابت 40-20% افزایش دهد. اما با وجود چنین مزایایی، این سیستم‌ها به علت هزینه و وزن بسیار زیادشان و علاوه بر این مقدار فضای اضافی که اشغال می‌کنند به صورت گسترده به کار گرفته نمی‌شوند. در حقیقت، مولفه‌های افزوده شده برای ردیابی تقریبا 12% کل هزینه این سیستم خورشیدی را تشکیل می‌دهند، در حالی‌که این تعداد سالانه حدود 1% افزایش می‌یابد و قیمت سلول‌های خورشیدی در حال کاهش است. علاوه بر این، ابعاد این ردیاب‌ها نیز مساله دیگری است که استفاده از آن را در بام بیشتر خانه‌ها دچار مشکل می‌کند.

برای غلبه بر این مشکلات، ماکس شتاین (Max Shtein) و همکارانش در دانشگاه میشیگان از لیزری برای برش صفحات 2 بعدی به سلول‌های خورشیدی گالیوم-آرسناید استفاده کردند. با کشش این الگوها، محققان می‌توانند آرایه‌های خم شده‌ای از سلول‌های خورشیدی در سه بعد ایجاد کنند و در حالی‌که صفحه خورشیدی همچنان مسطح باقی می‌ماند، آرایه‌ها در زمان کشش خم می‌شوند.

شتاین می‌گوید: «روی هم رفته در حال حاضر برای مقدار مشخصی نیمرسانای استفاده شده در مقایسه با صفحات ثابت، ما در حال افزایش 30 درصدی میزان انرژی جمع آوری شده در طی یک روز مثلا در منطقه آریزونا هستیم». او می‌گوید :«این ساخته‌ی جدید، اساسا در توافق با کاری است که ردیاب‌های معمولی برای افزایش تولید انرژی انجام می‌دهند، اما فضای اشغالی در این ساختار به طور چشمگیری کم شده است».

برداشت بهینه

در حالی‌که این برش‌ها مساحت در دسترس آرایه‌ها برای جذب نور خورشید را تا حد بسیار کمی کاهش می‌دهند، اما شتاین توضیح می‌دهد که گوشه این آرایه‌ها نیز به صورت گِرد برش داده شده تا میزان استرس در ساختار کاهش یابد و در نهایت مساحت نیز کاهش پیدا کند. این تیم با تنظیم کشش در سلول‌های خورشیدی کشیده شده، موفق شدند تا خواص مکانیکی و اپتیکی این سلول‌ها را بهینه کنند. این محققان دریافتند که برش‌های بزرگتر که از نظر فضایی به هم نزدیکتر هستند راحت‌تر کشیده می‌شوند و درجه خمش آن‌ها نیز متناسب است با مقدار کشش. از نقطه نظر عملی، سلول‌های کریگامی بهبودیافته، می‌توانند درون ساختارهای دو جداره‌ به کار گرفته شوند تا آن‌ها را در مقابل افت‌وخیز‌های آب و هوایی محافظت کند و همچنین می‌توانند با به کارگیری کابل‌های پشتیبان در آرایه‌های بزرگ نیز تقویت شوند تا از خمش بی‌جای آن‌ها به خاطر وزن‌شان جلوگیری شود.

اگر چه ایده این گروه هنوز در مرحله طراحی است و به تحقیق بیشتری نیاز دارد، اما با این وجود جایگزین بسیار سبک، متنوع و بسیار ارزانی را برای ردیاب‌های خورشیدی ارائه می‌دهد که البته بازدهی سلول‌های خورشیدی را نیز به حداکثر خود می‌رساند. بنا به گفته محققان، این طراحی جدید دریچه تازه‌ای به سوی تجارت ردیاب‌های خورشیدیِ قابل حمل و گسترده در بام‌ها می‌گشاید.

منبع: http://physicsworld.com/cws/article/news/2015/sep/10/kirigami-solar-cells-follow-the-sun