Roger Angel on astronoom, kelle teleskoobipeeglite uuenduslikud kujundused on radikaalselt muutnud seda, kuidas me tähti näeme ja galaktikaid näeme. Ta töötas välja kerged kärgstruktuuriga peeglid maailma suurimatele ja võimsamatele teleskoopidele, sealhulgas Arizonas Grahami mäel asuvale suurele binokli teleskoobile ja Tšiilis praegu ehitatavale hiiglasliku Magellani teleskoobile. Ta on Regentsi professor ja Arizona ülikooli (AÜ) Steward Observatory Mirror Labi juht ning MacArthuri geeniusetoetuse stipendiaat. 2010. aastal võitis ta maineka Kavli astrofüüsika auhinna. Kuid viimasel ajal on ta mõelnud rohkem elule meie enda planeedil.
"Olin muretsenud globaalse soojenemise pärast, " ütleb Angel ja ta oli asunud lahendusi kaaluma julgustavalt (ja lõppkokkuvõttes kulusid keelavalt) kui hiiglaslike päikesevarjude paigutamist kosmosesse planeedi jahutamiseks. Kuid kui tema naine küsis temalt: "Kas te ei saa midagi teha globaalse soojenemisega?", Võttis ta tõsiseks ja hakkas mõtlema, kuidas saaks tema teleskoobipeegleid kasutada puhta energia saamiseks. Nüüd on Angel kujundanud süsteemi, mis kasutab valguse kasutamiseks ja elektrienergia tootmiseks pisikeste päikesepatareidega peegleid - süsteemi, mis võib olla kulutõhusam kui miski muu turul pakutav.
Päikese jõu rakendamine pole midagi uut; paljud ettevõtted ja leiutajad on aastakümneid analüüsinud probleemi, kuidas päikeseenergiat kõige tõhusamalt koguda, muundada ja kasutada. Päikesekiiri jäädvustavate fotogalvaaniliste (PV) elementide tehnoloogia on aja jooksul paremaks muutunud, kuid päikeseenergia tootmisel on veel mõned kleepuvad tükid. Mõned neist teemadest hõlmavad olemasolevate tehnikatega toodetava soojuse kogust, päikesepatareidele vajalikku ruumi ja kulusid.
Angel lahendab mõned neist probleemidest oma uue süsteemiga. "See on täielik autonoomne seade, mis muudab valguse energiaks ja tõrjub soojuse tagasi, " ütleb ta. Tema Tucsoni labori ümber on hajutatud tööriistad, metallijäägid, PV-rakkude tükid ja muud rasestumisvastased tükid. Kokku pandud, koosneb see mitmest ruudukujulisest peeglist, mis on kinnitatud suure ja kerge terasraami külge, mis näeb välja nagu džunglisaal. Iga peegel peegeldab valgust enda keskpunkti kohale paigaldatud kuubikujuliseks energiamuunduriks (PCU). PCU on väike kast, mille otsas on sulatatud ränidioksiidikuul, mis on peegli poole. Päikesest tuleva valguse tajumisel peeglile fokusseerib peegli paraboolne kuju tala otse palli, mis omakorda fokuseerib valguse 36 pisikese PV-raku kaardunud maatriksisse. Lahtrid muudavad valguse elektriks.
Iga peegel peegeldab valgust enda keskpunkti kohale paigaldatud kuubikujuliseks energiamuunduriks (PCU). (Rehnu viisakusel) 
Astronoom Roger Angel proovib päikese jõudu kasutada teleskoopide jaoks välja töötatud uue tehnoloogia abil. Pildil olev päikeseenergia jälgija annab praegu 2 kW elektrienergiat. (Arizona ülikooli viisakus) 
Muudetud süsteemi lähivaade, millel on 5-tollise läbimõõduga ränidioksiidpall ja peegeldav kast, milles on kolmekordse ristmiku elemendid. (Arizona ülikooli viisakus) "Elemendid muudavad elektrienergiaks umbes 40 protsenti valgust, " ütleb Angel, märkides, et see on päikeseenergia süsteemi jaoks väga tõhus. Tema uuendus sisaldab ka jahutussüsteemi, mis kasutab sarnast tehnoloogiat, mida kasutatakse arvutikiipide ja automootorite jaoks. "See võimaldab laastudel jääda märkimisväärselt jahedaks: 20 kraadi C ümbritsevast õhutemperatuurist kõrgemale, " ütleb ta. Jahutussüsteemi eeliseks on see, et vett ei kasutata - loodusvara on eriti väärtuslik kõrbetes, kus töötab palju päikesesüsteeme; Selle asemel kasutatakse tsirkuleeritud jahutusvedelikku.
„Keegi pole kunagi ehitanud süsteemi, mis kasutaks nii tõhusat ja kerget kosmoseraami konstruktsiooni, et minimeerida terase kogust ja hoida peegleid. Keegi pole teinud sügavkülmutatud klaasist peegleid, mis on niimoodi praktilised ja odavad, ning keegi pole teinud sellist PCU-d, ”ütleb Angel.
Arizona ülikooli füüsik Alex Cronin, kes teostab Angelist sõltumatuid uuringuid PV päikeseelementide kohta, on nõus. Angel "on optimeerinud [seda päikesesüsteemi] nagu teleskoop, " ütleb Cronin. “See on näide ümbriku uues suunas venitamisest. Ta konstrueeris selle kõige vähem terase ja rauaga. Tulevikus näeme seda rohkem. Ta juhib valdkonda. ”
Angel ütleb, et tema kujundusel on “astronoomia pärand”. Kuid astronoomia teleskoope kasutatakse väga nõrga ja kauge valguse kontsentreerimiseks, samas kui siinsed peeglid mängivad teistsugust rolli. "Oleme jõudnud ühest äärmusest teha kõige täiuslikumaid peegleid, mida võite mõelda, madalaimate hindadega peegliteni, mis on" piisavalt head ". ”
Need võivad olla odavamad, kuid te ei tahaks ühe tema peegli fookuspunktis seista. Angel katsetas hiljuti kolme meetri laiust peeglit, mis fokuseeris päikesevalgust kuue millimeetri paksusele terasele. 15 sekundiga põles tala veerandi suurusesse auku terasse.
Lisaks peeglitele on tema süsteemi teisteks kriitilisteks elementideks ka PCU PV-rakud. Tüüpiliste ränist päikesepatareide kasutamise asemel võtab ta oma näpunäite ülalt: „Asi, mis mulle silma hakkas, on see, et hiljuti on kosmoses kasutatavaid PV-elemente (näiteks kosmosejaama toiteks) kohandatud kasutamiseks maapinnast, ”ütleb ta. “Neisse sattuvast valgusest teisendate elektrienergiaks kaks korda rohkem energiat.” See säästab süsteemis raha ja ruumi. "Paljud inimesed on märkinud uuemate, kolmekordsete ristmikega PV-elementide imelisi omadusi", "kuid väljakutse on saada neile kontsentreeritud valgus ilma eelarvet kulutamata."
Kuulus teadlane lõikab läbi globaalse soojenemise müra ja esitab faktidRänidioksiidi palli abil saab peeglile langeva päikesevalguse fokuseerida rakkude pindalale, mis on üks tuhandik peegli suurusest, ja rakkude maksumus muutub kümnendiku võrra ühe toodetud vatti kohta võrreldes päikesega paneelid, mis ei kasuta Angeli tehnoloogiat.
Angeli eesmärk on luua “kasuliku energiaga” päikeseenergia hinnaga, mis konkureeriks fossiilsete kütustega - midagi sellist, mida tänapäeval pole. „Ma arvan, et sellel, mida teeme, on head võimalused. Arhitektuur, mille oleme viimase paari aasta jooksul välja töötanud, on uus lähenemisviis ja on suunatud just odavate kulude saavutamisele. ”
Osa selle kulutõhususest tuleneb Angeli võimest kasutada juba toimivaid tootmisprotsesse. Tema patenteeritud ja ootel süsteem (mis hõlmab PV-elementide komplekteerimist, optikat ja kasutamist) on piisavalt lihtne, et seda saaks toota suures mahus. Tema ja Arizona ülikooli teadlaste meeskonna ning kraadiõppurite teadustöö kuidas muuta masstootmismeetodeid veelgi sujuvamaks.
Isegi tema teadus- ja arendustegevuse keskkond aitab kulusid kärpida. Ingli džungli-võimla moodi koosseisu prototüüp ehitati UA ülikoolilinnaku võimla taha mahajäetud ujulasse, kohta, kus kunagi asus Tucsoni telejaama jaoks satelliitantenn. "Sellest konkreetsest ruumist avaneb suurepärane vaade lõunapoolsele taevale koidikust hämaruseni ja see asub minu kabinetist kahe minuti jalutuskäigu kaugusel, " ütleb ta ja piirkonnas on päikesepaiste umbes 350 päeva aastas. Veel üks Arizonas viibimise eelis on see, et „oleme kaks kuni kolm tundi idaranniku taga, mis tähendab, et Arizonas paistab päike endiselt idapoolse nõudluse ajal, “ ütleb ta.
Ingel oli osaliselt ajendatud päikeseenergia arendamiseks tänu millelegi, mida ta Maal täheldas. Tema kodu asub jõe lähedal ja ta on jälginud veeteede langust aja jooksul. “Vesilaud on sellest ajast, kui ma majas olen olnud, kolme jala võrra alla käinud, ” ütleb ta. “Jõe lagunemine on asi, mida näen ülerahvastatuse tõttu reaalajas silmade ees. Olen leppinud sellega, et mu ilus jõgi kuivab ära, kuid ma ei taha, et lepitataks kokku planeediga, mis on hukule määratud niisugusele armetule saatusele. ”
Alaina G. Levine on Arizonas Tucsonis asuv teaduskirjanik.
