U eri u kojoj su rješenja za obnovljivu energiju sve važnija za ispunjavanje globalnih klimatskih obaveza, tim peruanskih istraživača okrenuo se malo vjerovatnom izvoru inspiracije: drevnoj japanskoj umjetnosti savijanja papira. Njihova inovacija-origami-inspirisanih fotonaponskih modula-obećava rješavanje jednog od najupornijih izazova sa kojima se susreće usvajanje solarne energije u industrijskim okruženjima: čist prostor potreban za efikasnu proizvodnju energije.
Objavljeno u februaru 2025. u MDPI časopisu Engineering Proceedings, istraživanje predstavlja saradnju između Dinamo Tecnologías SAC u Limi, Pontificia Universidad Católica del Perú i njemačkog Technische Universität Ilmenau. Projekat, finansiran od strane peruanskog ProInnovate granta za inovacije, demonstrira kako se Miura-Ori obrazac za sklapanje-koji je 1985. izumio japanski astrofizičar Koryo Miura{7}}može prilagoditi za stvaranje solarnih panela koji se sklapaju jednim pokretom, smanjujući njihov otisak do 90 posto.
Prostorni problem u industrijskoj solarnoj
Tradicionalni solarni paneli su ograničeni po tome što proizvode vrlo malo energije po jedinici površine. To znači da je potrebno puno prostora da bi se obezbijedila značajna količina energije. Za pomorski i rudarski sektor ovo je ozbiljan problem jer zahtijevaju ogromne količine energije i nemaju uvijek dostupan prostor za solarnu opremu.
Obični solarni paneli su takođe veoma teški i glomazni. Trenutno je za ovu tehnologiju potrebno 25 kg panela od 430 Wp težine više od dva kvadratna metra. To znači da su paneli napravljeni od stakla što otežava transport i čini ih vrlo krhkim. Na udaljenim mjestima gdje je transport ograničen, glomaznost, težina i krhkost konvencionalnih solarnih panela prisiljavaju kupce da se umjesto toga okreću dizel generatorima.
Pomorski sektor je primjer ovog izazova. Solarni paneli se često moraju prevoziti malim čamcima-s ekstremno ograničenim prostorom-do većih plovila kao što su tegljači. Paneli veće od dva kvadratna metra gotovo je nemoguće transportovati osim ako brod nije pristao u luci. Ipak, veća plovila obično imaju velike slobodne površine koje ostaju neiskorištene tokom sati pripravnosti-tačno u vrijeme kada bi solarna proizvodnja mogla zamijeniti skupu potrošnju goriva.
Miura{0}}Ori rješenje
Miura-Ori uzorak, koji se može presavijati od velike ravne površine do izuzetno kompaktne veličine povlačenjem ili guranjem jedne dijagonalne linije, već je našao primjenu u poljima u rasponu od policijskih štitova-otpornih na metke do solarnih panela koji se mogu postaviti za svemirske misije. Peruanski tim je prilagodio ovaj obrazac za zemaljsku industrijsku upotrebu, razvijajući prototipove kroz iterativni proces koji je počeo s papirnim i kartonskim modelima prije nego što je prešao na integraciju solarnih ćelija.
Tradicionalni solarni paneli su ograničeni po tome što proizvode vrlo malo energije po jedinici površine. To znači da je potrebno puno prostora da bi se obezbijedila značajna količina energije. Za pomorski i rudarski sektor ovo je ozbiljan problem jer zahtijevaju ogromne količine energije i nemaju uvijek dostupan prostor za solarnu opremu.
Obični solarni paneli su takođe veoma teški i glomazni. Trenutno je za ovu tehnologiju potrebno 25 kg panela od 430 Wp težine više od dva kvadratna metra. To znači da su paneli napravljeni od stakla što otežava transport i čini ih vrlo krhkim. Na udaljenim mjestima gdje je transport ograničen, glomaznost, težina i krhkost konvencionalnih solarnih panela prisiljavaju kupce da se umjesto toga okreću dizel generatorima.
Inženjering za izdržljivost
Istraživački tim se pozabavio trima kritičnim pitanjima trajnosti: slomljenim ćelijama zbog stalnog savijanja i rasklapanja, fleksibilnošću glatkog savijanja i slomljenim električnim mostovima duž šarki. Električne veze preko preklopnih linija su posebno ranjive, jer moraju izdržati velika naprezanja savijanja zbog ciklične upotrebe.
Kroz opsežno testiranje šest-prototipova ćelija sa različitim materijalima i konfiguracijama slojeva, istraživači su utvrdili da ukupna debljina od 2,5 milimetara pruža optimalnu ravnotežu snage i fleksibilnosti. Također su utvrdili da bi se pleteni konektori trebali koristiti za električne mostove duž šarki, jer su se pokazali sposobnima izdržati sve naprezanja savijanja, dok bi se za spojeve šarki trebalo izbjegavati jezičke sabirnice.
Sam proces laminiranja zahtijevao je inovaciju. Tim je napravio prilagođeni sto za laminaciju zagrijan na 150 stepeni Celzijusa sa električnim otpornicima, zaptivnim materijalima u vakuumu kako bi se osigurao ujednačen pritisak i eliminisali vazdušni džepovi. Završni proizvodni proces koristi etilen tetrafluoroetilen (ETFE) kao vanjski zaštitni sloj-posebno vrijedan u agresivnim morskim i rudarskim okruženjima-sa više slojeva etilen-vinil acetata (EVA) koji služe kao ljepila i kapsule za solarne ćelije.
Real-Provjera valjanosti
Pravi test je došao kada je tim prevezao-prototipove u punom obimu na mornarički brod radi instalacije. Prednost sklopivog dizajna bila je odmah očigledna: panele je mogla lako nositi jedna osoba, sklopiti za transport u automobilu, a zatim prevesti malim čamcem do većeg plovila bez posebne opreme.
Nakon što su se ukrcali, paneli su postavljeni na jednostavan, lagan mehanizam koji omogućava brzo sklapanje i rasklapanje, u skladu s ograničenjem prostora plovila i infrastrukturnim ograničenjima. Početna faza validacije, sa dva panela instalirana na posudi za snabdevanje, ima za cilj da prikupi uvid u efikasnost mehanizma primene i identifikuje potencijalna poboljšanja u proizvodnji.
Primjene i implikacije
Za rudarske operacije-koje se obično nalaze daleko od gradova i oslanjaju se na dizel generatore-implikacije su podjednako značajne. Mobilne jedinice na udaljenim rudarskim lokacijama mogle bi postaviti sklopive solarne panele tokom perioda mirovanja, smanjujući potrošnju goriva i emisije bez potrebe za trajnom infrastrukturom.
Istraživački tim napominje da je daljnja validacija neophodna u različitim okruženjima, posebno u pomorskim brodovima i mobilnim rudarskim jedinicama. Međutim, potencijalne aplikacije se protežu i dalje od ovih početnih slučajeva upotrebe. Lagana, kompaktna i efikasna priroda Miura-Ori solarnog panela čini ga idealnim kandidatom za udaljene lokacije, hitne situacije i općenito potrebe za prijenosnom obnovljivom energijom.
Širi trend
Kreacija napravljena u Peruu prati globalni trend razvoja fleksibilnih solarnih tehnologija. Podaci pokazuju da se očekuje da će se globalno tržište fleksibilnih solarnih panela proširiti sa 2,84 miliona dolara u 2025. na 8,92 miliona dolara u 2033. uz prosječnu godišnju stopu rasta (CAGR) od 15,3%. Trenutno se fleksibilni solarni paneli široko koriste u vojnim kampovima, na brodovima i u spasilačkim misijama, gdje je čak i cijena instalacije povoljnija u odnosu na troškove instalacije kristalnih solarnih panela.
Kako istraživački tim primjećuje, razvoj prvog prototipa Miura-Ori solarnog panela je ogroman korak naprijed u industriji obnovljive energije. Inovativni dizajn solarnog panela kombinuje principe origamija sa solarnom tehnologijom koja je veoma obećavajuća za prenosne solarne sisteme. Tehnologija presavijanja solarnog panela poput komada papira zaista može promijeniti situaciju kako u sektoru mornarice i rudarstva Perua tako iu slučaju daljinskog napajanja na globalnoj razini.
