Los ingenieros que intentan hacer que la energía solar sea más asequible para el usuario promedio han enfrentado durante mucho tiempo un enigma. Los paneles solares capturan mucha más energía cuando pueden cambiar para seguir el movimiento del sol a través del cielo. Pero los aparatos necesarios para mover los paneles son caros, y generalmente son demasiado pesados para usar en techos inclinados.
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Ahora, los investigadores de la Universidad de Michigan han tomado prestado de kirigami, el arte japonés del corte de papel, para hacer un nuevo tipo de panel de seguimiento. Las láminas planas de células solares de plástico se marcan con pequeños cortes utilizando un láser. Cuando se tira, las sábanas se abren en tres dimensiones, ofreciendo superficies elevadas para enfrentar la dirección del sol.
“Aquí tenemos un sustrato, que es realmente delgado. Es liviano, no tiene que inclinarse con grandes soportes o máquinas ", dice Max Shtein, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la universidad. "Todo lo que tienes que hacer es estirarlo".
Las células solares de kirigami son el resultado de una colaboración entre el equipo de Shtein y el artista de papel Matthew Shlian. Shlian, conocido por sus esculturas de aspecto futurista hechas de papel plegado, plisado y rebanado geométricamente, había venido al laboratorio de Shtein hace varios años, buscando científicos para trabajar. Él y Shtein se cayeron bien de inmediato. Se reunirían regularmente, tratando de descubrir cómo la experiencia de Shlian con la manipulación de superficies planas podría usarse en uno de los proyectos de Shtein. Entonces, un día, Shlian le mostró a Shtein un formulario con el que había estado trabajando, donde se cortaba un papel con pequeñas ranuras. Cuando Shtein tiró de los extremos, se expandió en una malla tridimensional.
"Pensé '¡ah, bingo!'", Recuerda Shtein. Esto sería perfecto para un panel solar.
El equipo realizó una simulación utilizando los paneles de kirigami, según las condiciones durante el solsticio de verano en Arizona. La simulación sugirió que el panel de kirigami funcionaba casi tan bien como un panel solar de seguimiento alimentado mecánicamente convencional, y era 36 por ciento más eficiente que un panel estacionario. Los resultados se informaron en la revista Nature Communications .
Los paneles de kirigami están a años de uso del consumidor. Shtein espera obtener más fondos para promover el proyecto. Pero podrían ser potencialmente más baratos que los paneles convencionales. Si bien el costo de los módulos solares se ha reducido drásticamente a lo largo de los años (alrededor del 75 por ciento desde 2009, según un informe de la Agencia Internacional de Energía Renovable), el precio de la instalación se ha mantenido obstinadamente alto. Es probable que los paneles de kirigami sean más fáciles de instalar y requieran menos equipo pesado.
El proyecto todavía está en la etapa conceptual; El equipo aún no ha creado un prototipo funcional del panel. Se necesitarán más pruebas para ver si las láminas solares delgadas y flexibles son lo suficientemente duraderas como para llevarlas a nuevas posiciones diariamente durante un período de años. Si el equipo espera construir un panel capaz de durar 25 años, las hojas, según la estimación de Shtein, deberán resistir unos 25, 000 movimientos.
"¿Puede hacer eso?", Pregunta Shtein. "No lo hemos probado tanto".
Tampoco está claro qué tipo de mecanismo se usaría para estirar los paneles, aunque probablemente sería mucho más ligero que los seguidores tradicionales.
El mismo patrón de kirigami utilizado en los paneles solares puede tener aplicaciones mucho más allá de la energía solar, dice Shtein. Es posible que el patrón sea útil en cámaras y en las industrias aeroespacial y automotriz, aunque Shtein dice que no tiene la libertad de dar muchos detalles.
Origami, el primo más conocido de Kirigami, se ha utilizado para muchas aplicaciones científicas y técnicas, desde stents cardíacos hasta espejos aeroespaciales y bolsas de aire para automóviles. El propio Kirigami fue utilizado recientemente por los investigadores de Cornell para hacer transistores pequeños y flexibles. Cortados en grafeno (láminas de carbono de un átomo de espesor), los transistores podrían usarse para crear nanomáquinas para cualquier número de propósitos.
