効率よく集光する逆ピラミッド型レンズ
効率よく集光する逆ピラミッド型レンズ / Credit:Nina Vaidya(Stanford University)_Stanford engineers’ optical concentrator could help solar arrays capture more light even on a cloudy day without tracking the sun(2022)
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2022.07.02 Saturday

太陽の位置に関係なく効率よく光を集める! 逆ピラミッド型レンズの太陽光発電 (2/2)

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「逆ピラミッド型レンズ」で固定したまま効率よく発電できる

太陽光を集める虫眼鏡。太陽の位置によって焦点が移動する
太陽光を集める虫眼鏡。太陽の位置によって焦点が移動する / Credit:Depositphotos

ベイディア氏によると、「逆ピラミッド型レンズのシステムは虫眼鏡の集に似ている」ようです。

太陽の下で虫眼鏡をかざすと、太陽光が集まる「焦点」で、より明るく照らすことができますね。

逆ピラミッド型レンズも同様に、レンズ表面に当たる太陽光の約90%をとらえ、約3倍の明るさにして発電システムへと届けることができるのです。

ただし、虫眼鏡と逆ピラミッド型レンズには大きな違いもあります。

それは焦点の移動です。

虫眼鏡でつくった焦点は、太陽の位置に応じて変化してしまうため、同じ場所に光を集め続けるには、虫眼鏡の角度を絶えず調整しなければいけません。

逆ピラミッド型レンズはあらゆる角度の入射光を1点に集めることができる
逆ピラミッド型レンズはあらゆる角度の入射光を1点に集めることができる / Credit:Nina Vaidya(Stanford University)et al., Microsystems & Nanoengineering(2022)

対して逆ピラミッド型レンズでは、さまざまな屈折率をもつガラスとポリマー層の組み合わせによって、光を複雑に反射させます。

これにより、どの角度から入った光でも、最終的には逆ピラミッドの奥の1点に集約されるようになっているのです。

レンズを固定しながら、効率よく光を集められるというわけですね。

またこの構造と材料により、近紫外線から赤外線まで幅広いスペクトルの光を取り込むことが可能。

現在では、デバイスにヒビが入らないよう、複数の材料を利用しても同じ速度で熱膨張するよう調整されており、いくつかの素材を用いた3Dプリントでの再現も実証済みです。

そしてこの新しい集光システムは、宇宙船用太陽電池の改良に役立つだけでなく、ディスプレイや照明など他の分野への応用が期待されています。

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