Aidas Užkuraitis
Saulės elektrinės šiandien dažniausiai siejamos su standžiomis fotovoltinėmis plokštėmis, montuojamomis ant pastatų stogų, žemės konstrukcijų ar kitų tam pritaikytų paviršių.
Kornelio universiteto mokslininkai kuria technologiją, kuri ateityje galėtų gerokai išplėsti vietų, tinkamų saulės energijai rinkti, pasirinkimą.
„HelioSkin“ pavadintas projektas kuriamas kaip lengvas ir tamprus architektūrinis audinys, galintis prisitaikyti prie sudėtingų formų. Svarbiausia jo idėja yra ne tiesiog priklijuoti įprastus saulės elementus prie sienos, bet sukurti fotovoltinę struktūrą, kuri galėtų keisti savo geometriją ir efektyviau sekti Saulę.
Projektui vadovauja Kornelio universiteto architektūros profesorė Jenny Sabin, bendradarbiaujanti su fizikos profesoriumi Itai Cohenu, augalų biologijos profesore Adrienne Roeder ir kitų sričių specialistais. Projektą remia JAV Nacionalinio mokslo fondo (NSF) programa „Convergence Accelerator“.
Svarbu ir tai, kad „HelioSkin“ kol kas nėra masinei rinkai paruoštas produktas. Tai vystoma technologija, kurios kūrėjai pirmiausia siekia pademonstruoti veikimą mažesniuose projektuose, o vėliau ją pritaikyti gerokai didesnėms architektūrinėms konstrukcijoms.
Idėją padiktavo augalai
Vienas įdomiausių „HelioSkin“ aspektų – biomimetika, kai inžineriniams sprendimams pasitelkiami gamtoje veikiantys principai.
Šiuo atveju mokslininkus domina augalų gebėjimas reaguoti į šviesą ir keisti savo padėtį taip, kad būtų geriau išnaudojama Saulės energija.
Kornelio universiteto tyrėjai siekia biologinius mechanizmus, leidžiančius augalams krypti šviesos link, perkelti į architektūrinę sistemą.Komanda jau yra pritaikiusi augalų ląstelių judėjimo mechanizmo principus architektūriniame modeliavimo procese, tačiau juos dar reikia praktiškai integruoti į pačią „HelioSkin“ konstrukciją.
Kuriant sistemą taip pat naudojami kirigamio ir auksetinės geometrijos principai. Tokios struktūros leidžia medžiagai išsitempti, lankstytis ir keisti formą. Galutinis tikslas yra sukurti saulės energiją renkančią „odą“, galinčią mechaniškai sekti Saulės judėjimą.
Būtent šis aspektas „HelioSkin“ skiria nuo paprastos lanksčios fotovoltinės plėvelės. Projekto esmė yra visa architektūrinė sistema – lengva, transformuojama konstrukcija, fotovoltiniai elementai, jų išdėstymas ir mechaninis Saulės sekimas.
Tai atvertų galimybę fotovoltinius elementus integruoti ten, kur standartinės standžios plokštės dėl paviršiaus geometrijos, svorio ar estetinių priežasčių nėra tinkamiausias sprendimas.
Potencialių pritaikymo sričių netrūksta. Kornelio universiteto komanda mini kiemų stogines, miestų parkus, stadionus, ištraukiamus stogus ir dangoraižius. Ilgalaikėje perspektyvoje tokios struktūros galėtų tapti ne papildomu prie pastato pritvirtintu įrenginiu, o pačios architektūros dalimi.
Nuo kiemo stoginės iki dangoraižių
Kol kas tyrėjai pradeda nuo gerokai mažesnio masto. Vykdant trejų metų bandomąjį projektą planuojama sukurti nedideles saulės energiją renkančias stogines, kurios pirmiausia galėtų būti naudojamos gyvenamųjų namų kiemuose, o vėliau – pritaikytos miestų parkuose.
Projekto aprašyme numatyta maždaug 150 kvadratinių pėdų, arba apie 14 kv. metrų, nešiojama dviejų ašių stoginė. Jos paviršius turėtų keisti formą ir sekti Saulę, kad būtų optimizuotas gaunamos saulės energijos kiekis.
Kūrėjų ambicijos tuo neapsiriboja. Ilgalaikis tikslas – panašų principą pritaikyti didelėms miesto konstrukcijoms, įskaitant pastatų fasadus ir stogus.
Tokios technologijos galėtų būti ypač aktualios tankiai užstatytose teritorijose. Miestuose tinkamas stogo plotas yra ribotas, tačiau pastatai turi milžiniškus fasadų ir kitų konstrukcijų paviršius.
Jei dalį jų būtų galima efektyviai panaudoti elektros gamybai, saulės energetika taptų kur kas glaudžiau susieta su pačia architektūra.
„HelioSkin“ kūrėjai dėmesį skiria ne tik energijos gamybai. Prie projekto prisideda bendrovės „E Ink“, „Rainier Industries“ ir „SunFlex“. Tyrėjai nagrinėja galimybę į sistemą integruoti elektroninio popieriaus technologiją, todėl tokie paviršiai ateityje galėtų ne tik rinkti saulės energiją, bet ir keisti spalvas, raštus ar rodyti informaciją.
Tai ypač aktualu stadionams, komerciniams pastatams ir kitoms didelėms viešosioms erdvėms, kur fasadas vienu metu galėtų atlikti architektūrinę, energetinę ir informacinę funkciją.
Iki masinės gamybos dar laukia ilgas kelias
Nors „HelioSkin“ idėja turi didelį potencialą, technologijos dar nereikėtų vertinti kaip paruošto tradicinių saulės modulių pakaitalo.
Projektas tebėra vystomas, todėl dar reikia išspręsti fotovoltinių elementų integravimo, elektros instaliacijos, jutiklių, mechaninio valdymo, konstrukcijos ilgaamžiškumo ir gamybos masto klausimus. Kornelio universiteto komanda taip pat dirba su pramonės partneriais, siekdama tobulinti prototipų geometriją, pagrindą, fotovoltinių elementų išdėstymą ir valdymą.
Vis dėlto pirminė projekto komercializavimo analizė, pasak Kornelio universiteto, parodė, kad numatomos sistemos kainos, galios ir kainos už vatą rodikliai galėtų būti konkurencingi su rinkoje esančiais fotovoltiniais sprendimais.
Tai dar nėra masinės gamybos įrodymas, tačiau kūrėjams suteikia pagrindo tęsti technologijos vystymą. Projektas taip pat parodo platesnę saulės energetikos raidos kryptį.
Ateityje svarbus gali būti ne vien pačių fotovoltinių elementų efektyvumas, bet ir galimybė juos integruoti į paviršius, kurie šiandien elektros apskritai negamina.
Jeigu „HelioSkin“ pavyks iš laboratorinių ir bandomųjų prototipų perkelti į komercinius projektus, saulės energetikos infrastruktūra galėtų tapti gerokai mažiau pastebima ir glaudžiau susilieti su pastatų architektūra. Energiją gamintų ne tik ant stogo sumontuota elektrinė – ją rinktų pati pastato konstrukcija.
Kol kas tai tebėra kuriama technologija, o ne jau prasidėjusi fotovoltikos revoliucija. Tačiau „HelioSkin“ demonstruoja, kaip biologijos, fizikos, architektūros ir medžiagų inžinerijos derinimas gali pasiūlyti visiškai kitokį požiūrį į saulės energijos naudojimą miestuose.
