平均的なユーザーが手頃な価格で太陽エネルギーを利用できるようにしようとするエンジニアは、長い間難問に直面していました。 太陽電池パネルは、空を横切る太陽の動きに追従するようにシフトできる場合、より多くのエネルギーを取り込みます。 しかし、パネルを動かすのに必要な装置は高価であり、一般に傾斜屋根で使用するには重すぎます。
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現在、ミシガン大学の研究者は、新しい種類の追跡パネルを作成するために、日本の紙切りの芸術である切り紙から借りてきました。 太陽電池の平らなプラスチックシートには、レーザーを使用して小さな切り込みを入れます。 引っ張ると、シートは三次元にねじれ、太陽の方向に向いた隆起した表面を提供します。
「ここには、本当に薄い基板があります。 大学の材料科学および工学の准教授であるMax Shtein氏は、「軽量で、大きなサポートや機械で傾ける必要はありません」と述べています。 「あなたがしなければならないのは、それをストレッチすることです。」
切り紙太陽電池は、Shteinのチームと紙の芸術家Matthew Shlianのコラボレーションの結果です。 幾何学的に折り畳まれ、プリーツをつけられ、スライスされた紙で作られた未来的な外観の彫刻で知られるシュリアンは、数年前にシュテインの研究室に来て、一緒に働く科学者を探していました。 彼とShteinはすぐにそれを打ちました。 彼らは定期的に会合を開き、Shlianの平らな表面の操作に関する専門知識がShteinのプロジェクトの1つでどのように使用できるかを理解しようとしました。 それからある日、シュリアンはシュテインに彼が働いていた形を見せた。そこでは紙が小さなスリットでスライスされる。 Shteinが端を引っ張ると、3次元メッシュに拡大しました。
「ああ、ビンゴだと思った！」とシュテインは回想する。 これは、ソーラーパネルに最適です。
チームは、アリゾナの夏至の条件に基づいて、切り紙パネルを使用してシミュレーションを実行しました。 シミュレーションにより、切り紙パネルは従来の機械駆動の追跡ソーラーパネルとほぼ同じように機能し、静止パネルよりも36％効率的であることが示唆されました。 その結果は、 Nature Communications誌に報告されました。
切り紙パネルは消費者の使用から何年も離れています。Shteinは、プロジェクトを促進するためにより多くの資金を獲得したいと考えています。 しかし、それらは潜在的に従来のパネルよりも安くなる可能性があります。 太陽電池モジュールのコストは長年にわたって劇的に低下しましたが（国際再生可能エネルギー庁のレポートによると、2009年以降約75％）、設置の価格は頑なに高いままです。 切り紙パネルは、設置が簡単で、重量の少ない機器が必要です。
プロジェクトはまだ概念的な段階にあります。 チームはまだパネルの実用的なプロトタイプを作成していません。 薄くて柔軟なソーラーシートが、何年もの間毎日新しい位置に引っ張られるのに十分な耐久性があるかどうかを確認するには、さらなるテストが必要です。 チームが25年間継続できるパネルの構築を希望する場合、Shteinの推定によると、シートは約25, 000の動きに耐える必要があります。
「それはできますか？」Shteinは尋ねます。 「あまりテストしていません。」
また、パネルを引き伸ばすためにどのようなメカニズムが使用されるかはまだ明らかではありませんが、従来のトラッカーよりもはるかに軽い可能性があります。
ソーラーパネルで使用されているのと同じ切り紙パターンは、ソーラーエネルギーをはるかに超える用途があるかもしれません、とシュテインは言います。 Shtein氏は詳細を説明する自由がないと述べていますが、このパターンはカメラ、航空宇宙、自動車産業で役立つ可能性があります。
折り紙のよく知られている従兄弟である折り紙は、心臓ステントから航空宇宙用ミラー、車のエアバッグまで、多くの科学的および技術的用途に使用されています。 Kirigami自体は最近、コーネルの研究者によって、小さくて曲げられるトランジスタを作るために使用されました。 グラフェン（1原子厚の炭素のシート）から切り取られたトランジスタは、さまざまな目的でナノマシンを作成するために使用できます。
