Laikmetā, kad atjaunojamās enerģijas risinājumi ir arvien svarīgāki, lai izpildītu globālās klimata saistības, Peru pētnieku komanda ir pievērsusies maz ticamam iedvesmas avotam: senajai japāņu papīra locīšanas mākslai. Viņu inovācijas-origami-iedvesmotie fotoelektriskie moduļi-solās risināt vienu no neatlaidīgākajām problēmām, ar ko saskaras saules enerģijas ieviešana rūpnieciskos apstākļos: milzīgo telpu, kas nepieciešama efektīvai elektroenerģijas ražošanai.
2025. gada februārī MDPI žurnālā Engineering Proceedings publicētais pētījums atspoguļo sadarbību starp Dinamo Tecnologías SAC Limā, Pontificia Universidad Católica del Perú un Vācijas Technische Universität Ilmenau. Projekts, ko finansē Peru inovāciju dotācija ProInnovate, parāda, kā japāņu astrofiziķa Korjo Miura 1985. gadā izgudroto Miura-Ori locīšanas modeli-var pielāgot, lai izveidotu saules paneļus, kas salokās ar vienu kustību, samazinot to nospiedumu līdz pat 90 procentiem.
Kosmosa problēma rūpnieciskajā saules enerģijā
Tradicionālie saules paneļi ir ierobežoti, jo tie ražo ļoti maz enerģijas uz laukuma vienību. Tas nozīmē, ka ir nepieciešams daudz vietas, lai nodrošinātu ievērojamu jaudu. Jūras un kalnrūpniecības nozarēm tā ir nopietna problēma, jo tiem ir vajadzīgs milzīgs enerģijas daudzums un ne vienmēr ir pieejama vieta saules enerģijas aprīkojumam.
Arī parastie saules paneļi ir ļoti smagi un apjomīgi. Pašlaik šai tehnoloģijai ir nepieciešami 25 kg 430 Wp paneļa, kas sver vairāk nekā divus kvadrātmetrus. Tas nozīmē, ka paneļi ir izgatavoti no stikla, kas apgrūtina transportēšanu un padara tos ļoti trauslus. Nomaļās vietās, kur transportēšana ir ierobežota, parasto saules paneļu apjomīgums, svars un trauslums liek klientiem pievērsties dīzeļģeneratoriem.
Jūras flotes nozare ir šīs problēmas piemērs. Saules paneļi bieži ir jātransportē ar mazām laivām-ar ļoti ierobežotu vietu-uz lielākiem kuģiem, piemēram, velkoniem. Paneļus, kas lielāki par diviem kvadrātmetriem, ir gandrīz neiespējami transportēt, ja kuģis nav pieslēgts ostā. Tomēr lielākiem kuģiem parasti ir lielas brīvas virsmas, kas paliek neizmantotas gaidstāves stundās,{5}}tieši tajā laikā, kad saules enerģija var samazināt dārgo degvielas patēriņu.
Miura{0}}Ori risinājums
Miura-Ori raksts, ko var salocīt no liela līdzena laukuma līdz ārkārtīgi kompaktam izmēram, pavelkot vai nospiežot vienu diagonālo līniju, jau ir atradis pielietojumu dažādās jomās, sākot no ložu-izturīgiem policijas vairogiem līdz izvietojamiem saules paneļiem kosmosa misijām. Peru komanda pielāgoja šo modeli sauszemes rūpnieciskai lietošanai, izstrādājot prototipus, izmantojot iteratīvu procesu, kas sākās ar papīra un kartona modeļiem pirms virzības uz saules bateriju integrāciju.
Tradicionālie saules paneļi ir ierobežoti, jo tie ražo ļoti maz enerģijas uz laukuma vienību. Tas nozīmē, ka ir nepieciešams daudz vietas, lai nodrošinātu ievērojamu jaudu. Jūras un kalnrūpniecības nozarēm tā ir nopietna problēma, jo tiem ir vajadzīgs milzīgs enerģijas daudzums un ne vienmēr ir pieejama vieta saules enerģijas aprīkojumam.
Arī parastie saules paneļi ir ļoti smagi un apjomīgi. Pašlaik šai tehnoloģijai ir nepieciešami 25 kg 430 Wp paneļa, kas sver vairāk nekā divus kvadrātmetrus. Tas nozīmē, ka paneļi ir izgatavoti no stikla, kas apgrūtina transportēšanu un padara tos ļoti trauslus. Nomaļās vietās, kur transportēšana ir ierobežota, parasto saules paneļu apjomīgums, svars un trauslums liek klientiem pievērsties dīzeļģeneratoriem.
Inženierzinātnes izturībai
Pētnieku grupa pievērsās trim kritiskām problēmām ar izturību: salauztas šūnas no atkārtotas locīšanas un atlocīšanas, gluda locīšanas elastība un salauzti elektriskie tilti gar eņģēm. Elektriskie savienojumi pāri salokāmajām līnijām ir īpaši neaizsargāti, jo tiem jāiztur lielas lieces slodzes no cikliskas lietošanas.
Plaši pārbaudot sešus{0}}šūnu prototipus ar dažādiem materiāliem un slāņu konfigurācijām, pētnieki konstatēja, ka kopējais 2,5 milimetru biezums nodrošina optimālu izturības un elastības līdzsvaru. Viņi arī noteica, ka elektriskajiem tiltiem gar eņģēm jāizmanto pīti savienotāji, jo tie izrādījās spējīgi izturēt visus lieces spriedzes, savukārt eņģes savienojumiem vajadzētu izvairīties no kopnes cilnēm.
Pats laminēšanas process prasīja jauninājumus. Komanda uzbūvēja pielāgotu laminēšanas galdu, kas tika uzkarsēta līdz 150 grādiem pēc Celsija ar elektriskiem rezistoriem, blīvēšanas materiāliem vakuumā, lai nodrošinātu vienmērīgu spiedienu un novērstu gaisa kabatas. Pēdējā ražošanas procesā etilēna tetrafluoretilēns (ETFE) tiek izmantots kā ārējais aizsargslānis -īpaši vērtīgs agresīvā jūras un kalnrūpniecības vidē-ar vairākiem etilēna-vinilacetāta (EVA) slāņiem, kas kalpo kā līmvielas un iekapsulatori saules baterijām.
Reālā{0}}pasaules validācija
Patiesais pārbaudījums notika, kad komanda nogādāja pilna mēroga{0}}prototipus uz jūras karakuģi uzstādīšanai. Salokāmās konstrukcijas priekšrocības bija pamanāmas uzreiz: paneļus varēja viegli pārnēsāt viena persona, salocīt transportēšanai automašīnā un pēc tam ar nelielu laivu pārvest uz lielāko kuģi bez īpaša aprīkojuma.
Kad paneļi bija uz kuģa, tie tika uzstādīti uz vienkārša, viegla mehānisma, kas ļauj ātri salocīt un atlocīties, ievērojot kuģa telpas ierobežojumus un infrastruktūras ierobežojumus. Sākotnējā validācijas fāzē ar diviem paneļiem, kas uzstādīti uz piegādes tvertnes, mērķis ir iegūt ieskatu izvietošanas mehānisma efektivitātē un noteikt iespējamos ražošanas uzlabojumus.
Lietojumprogrammas un sekas
Ietekme uz kalnrūpniecības darbībām -parasti atrodas tālu no pilsētām un ir atkarīga no dīzeļģeneratoriem-ir vienlīdz nozīmīgas. Mobilās vienības attālās ieguves vietās varētu izvietot salokāmus saules paneļus dīkstāves periodos, samazinot degvielas patēriņu un emisijas, neprasot pastāvīgu infrastruktūru.
Pētnieku grupa atzīmē, ka ir nepieciešama turpmāka apstiprināšana dažādās vidēs, jo īpaši jūras spēku kuģos un mobilajās kalnrūpniecības vienībās. Tomēr potenciālie lietojumi sniedzas krietni tālāk par šiem sākotnējiem lietošanas gadījumiem. Miura-Ori saules paneļa vieglais, kompaktais un efektīvais raksturs padara to par ideālu kandidātu attālām vietām, ārkārtas situācijām un pārnēsājamas atjaunojamās enerģijas vajadzībām.
Plašāka tendence
Peru radītais darbs seko globālajai tendencei attīstīt elastīgas saules enerģijas tehnoloģijas. Dati liecina, ka globālais elastīgo saules paneļu tirgus paplašināsies no 2,84 miljoniem ASV dolāru 2025. gadā līdz 8,92 miljoniem ASV dolāru 2033. gadā ar vidējo salikto gada pieauguma tempu (CAGR) 15,3%. Pašlaik elastīgos saules paneļus plaši izmanto militārajās nometnēs, uz jūras kuģiem un glābšanas misijās, kur pat uzstādīšanas izmaksas ir izdevīgākas salīdzinājumā ar kristālisko saules paneļu uzstādīšanas izmaksām.
Kā atzīmē pētnieku grupa, Miura{0}}Ori saules paneļa pirmā prototipa izstrāde ir milzīgs solis uz priekšu atjaunojamās enerģijas nozarē. Saules paneļa novatoriskais dizains apvieno origami principus ar saules tehnoloģiju, kas ir ļoti perspektīva pārnēsājamām saules enerģijas sistēmām. Saules paneļa salocīšanas tehnoloģija kā papīra lapa patiešām var mainīt situāciju gan Peru flotes un kalnrūpniecības sektorā, gan attālinātas barošanas gadījumā globālā mērogā.
