Gli ingegneri che tentano di rendere l'energia solare più accessibile per l'utente medio hanno a lungo affrontato un enigma. I pannelli solari catturano molta più energia quando possono spostarsi per seguire il movimento del sole attraverso il cielo. Ma gli apparecchi necessari per spostare i pannelli sono costosi e sono generalmente troppo pesanti per essere utilizzati su tetti inclinati.
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Ora, i ricercatori dell'Università del Michigan hanno preso in prestito dal kirigami, l'arte giapponese di tagliare la carta, per creare un nuovo tipo di pannello di tracciamento. I fogli di plastica piatti delle celle solari sono segnati con piccoli tagli usando un laser. Quando vengono tirati, i fogli si aprono in tre dimensioni, offrendo superfici sollevate per affrontare la direzione del sole.
“Qui abbiamo un substrato, che è davvero sottile. È leggero, non deve essere inclinato con grandi supporti o macchine ”, afferma Max Shtein, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria all'università. "Tutto quello che devi fare è allungarlo."
Le celle solari di kirigami sono il risultato di una collaborazione tra il team di Shtein e l'artista della carta Matthew Shlian. Shlian, noto per le sue sculture dall'aspetto futuristico fatte di carta pieghettata, pieghettata e tagliata geometricamente, era arrivato nel laboratorio di Shtein diversi anni fa, alla ricerca di scienziati con cui lavorare. Lui e Shtein lo hanno colpito immediatamente. Si sarebbero incontrati regolarmente, cercando di capire come l'esperienza di Shlian nella manipolazione di superfici piane potesse essere utilizzata in uno dei progetti di Shtein. Poi un giorno, Shlian mostrò a Shtein una forma con cui stava lavorando, in cui un foglio viene tagliato con piccole fessure. Quando Shtein tirò le estremità, si espanse in una maglia tridimensionale.
"Ho pensato 'ah ah, bingo!'" Ricorda Shtein. Questo sarebbe perfetto per un pannello solare.
Il team ha eseguito una simulazione utilizzando i pannelli di kirigami, in base alle condizioni durante il solstizio d'estate in Arizona. La simulazione suggeriva che il pannello di kirigami funzionava quasi allo stesso modo di un pannello solare di tracciamento alimentato meccanicamente convenzionale, ed era il 36 percento più efficiente di un pannello fisso. I risultati sono stati riportati sulla rivista Nature Communications .
I pannelli di kirigami sono lontani anni dall'uso dei consumatori: Shtein spera di ottenere maggiori finanziamenti per promuovere il progetto. Ma potrebbero potenzialmente essere più economici dei pannelli convenzionali. Mentre il costo dei moduli solari è diminuito drasticamente nel corso degli anni (circa il 75% dal 2009, secondo un rapporto dell'Agenzia internazionale per le energie rinnovabili), il prezzo dell'installazione è rimasto ostinatamente alto. I pannelli di kirigami sarebbero probabilmente più facili da installare e richiedono attrezzature meno pesanti.
Il progetto è ancora in fase concettuale; il team non ha ancora creato un prototipo funzionante del pannello. Ulteriori test saranno necessari per vedere se i fogli solari sottili e flessibili sono abbastanza resistenti da essere trascinati in nuove posizioni ogni giorno per un periodo di anni. Se il team spera di costruire un pannello in grado di durare per 25 anni, i fogli, secondo la stima di Shtein, dovranno resistere a circa 25.000 movimenti.
"Può farlo?" Chiede Shtein. "Non l'abbiamo testato così tanto."
Inoltre, non è ancora chiaro quale tipo di meccanismo sarebbe utilizzato per allungare i pannelli, anche se probabilmente sarebbe molto più leggero dei tracker tradizionali.
Lo stesso modello di kirigami utilizzato sui pannelli solari può avere applicazioni ben al di là dell'energia solare, dice Shtein. È possibile che il modello possa essere utile nelle fotocamere e nell'industria aerospaziale e automobilistica, anche se Shtein afferma di non essere libero di fornire molti dettagli.
Origami, il cugino più noto del kirigami, è stato utilizzato per molte applicazioni scientifiche e tecniche, dagli stent cardiaci agli specchi aerospaziali agli airbag per auto. Lo stesso Kirigami è stato recentemente utilizzato dai ricercatori di Cornell per realizzare transistor piccoli e pieghevoli. Tagliati dal grafene (fogli di carbonio spessi un atomo), i transistor potrebbero essere usati per creare nanomacchine per qualsiasi numero di scopi.
