Egy régi ötlet javítja a napelem teljesítményét

Kínai kutatók szerint a napelemek elektromos hatékonyságának növelésére mikro-megmunkálást lehetne használni, hogy majdnem lapos, Fresnel lencséket hozzanak létre.

A Fresnel lencséket a francia mérnök és tudós Augustin-Jean Fresnel találta fel a tizenkilencedik század elején. Ezek gyakorlatilag kétdimenziós megfelelői a hagyományos optikai lencséknek, és koncentrikus gyűrűkben gerincük van, amik a fényt egy objektív mögötti pontba fókuszálják, de a három-dimenziós hagyományos lencse tömege nélkül.

A Fresnel lencse használata következtében a képminőség csökken, mert a vastagság jelentős csökkentése miatt használt koncentrikus gyűrűk miatt a fény egy része nem fókuszálódik a gerincek közötti területeken. Ez korlátozza a Fresnel lencse használatát a fotózásban és más olyan alkalmazásokban, ahol a felhasználó nem akarja elveszíteni a finom részleteket. Ha azonban a részletes képet nem követelmény, ez a minőségi kompromisszum elfogadható, különösen ha a csökkentett méret előnye kompenzálja a veszteséget. Például mint a Fresnel lencse korai alkalmazása abban, hogy alacsonyabb költségű megoldást biztosít a fény fókuszálására egy világítótorony sugarának.

Újabban Fresnel lencséket használnak olcsó árkategóriás nagyító visszapillantó tükrökre, amelyek lehetővé teszik a járművezetőknek, hogy nagyobb szögű kilátásuk legyen a saját járművük mögé. Fresnel lencséket olcsó kézi nagyítókban is használnak, hogy segítse a látássérülteket vagy azért, hogy a televízió vagy más eszköz kijelzőjét mesterségesen felnagyítsák. Fresnel lencséket használ a Ford elektromos autója is a napelemek jobb energiatermelése érdekében.

A napelemek területén a kutatók megpróbálták használni a terjedelmes és nehézkes parabolikus reflektorokat, hogy növeljék a hatékonyságot. Most Y. Cheng, XD Zhang és GX Zhang a Kínai Tianjin Egyetemen a Precíziós Méréstechnika és Berendezések Állami Fő Laboratóriumában kifejlesztettek egy technológiát, amely lehetővé teszi számukra, hogy a Fresnel lencséhez szükséges felületi struktúrákat koncentrikus bordák helyett mikroszkopikus kúpokként alakítják ki úgy, hogy a beeső fényt sokkal pontosabban hozta egy pontba a napelem panel fotoaktív rétegében.

A precíziós megmunkálású Fresnel gyűjtők kezdeti vizsgálatai kimutatták, hogy az alacsony ellenállású normál napelem panelekkel elérhető csúcsteljesítményt meg tudták négyszerezni. A teljesítménybeli különbség gyorsan lecsökken, amint a készülék ellenállása emelkedik, melynek oka a panel melegedése a napfény és az önmaga által megtermelt elektromos áram miatt. Ennek ellenére a különbség elég lenne, hogy a megnövelt elektromos teljesítmény jelentősen kompenzálja a többletköltséget a Fresnel lencsék miatt, így a napelemek teljes költségét csökkenteni lehet. Ez az idősebb, kevésbé hatékony napelemek számára is létező egyszerű fejlesztés életképesebbé teszi azokat olyan helyeken és alkalmazásokban, ahol a modern, nagyobb belső hatékonyságú eszközök kereskedelmi forgalomban nem elérhetők.