3D σταθμοί ηλιακής ενέργειας

Η βασική προσέγγιση των ερευνητών έγκειται στην εκτεταμένη χρήση ηλιακών πάνελ κάθετα, υπό τη μορφή τρισδιάστατων πύργων ή κύβων, διαμόρφωση που επιτρέπει την καλύτερη «σύλληψη» των ακτίνων του ήλιου, όταν αυτός βρίσκεται χαμηλότερα από τον ορίζοντα.

Τα επίπεδα ηλιακά πάνελ τοποθετημένα σε στέγες και οροφές κτιρίων είναι περισσότερο αποδοτικά στο να τιθασεύουν την ηλιακή ενέργεια όταν ο ήλιος είναι κοντά και ακριβώς από πάνω τους. Ωστόσο, γρήγορα αυτή η αποδοτικότητα χάνεται όσο η γωνία των ακτίνων του ήλιου που κτυπά τα πάνελ μεγαλώνει, δηλαδή κατά τη διάρκεια των πρωινών, τα βράδια, τους ψυχρούς μήνες και σε τοποθεσίες απομακρυσμένες από τον ισημερινό. Ειδικά για αυτές τις καταστάσεις οι ερευνητές του MIT δίνουν έμφαση στην χρήση καθετοποιημένων πάνελ για την επίτευξη όσο δυνατόν μεγαλύτερης απόδοσης.

Αρχικά «εξερευνήθηκε» μια ποικιλία από πιθανές τρισδιάστατες συνθέσεις χρησιμοποιώντας ειδικούς αλγόριθμους και δοκιμές προσομοίωσης σε διάφορα ύψη, εποχές και καιρικές συνθήκες, με την χρήση εξαιρετικά εξειδικευμένων εφαρμογών. Στη συνέχει η ομάδα των ερευνητών προχώρησε στην κατασκευή τριών διαφορετικών τρισδιάστατων μοντέλων τα οποία δοκιμάστηκαν στην οροφή του κτιρίου που φιλοξενεί τα εργαστήρια του MIT για μερικές εβδομάδες. Το αποτελέσματα έδειξαν μια εντυπωσιακή αύξηση της παραγωγής ενέργειας, από 2 έως και 20 φορές παραπάνω από τα τυπικά επίπεδα των επίπεδων πάνελ που χρησιμοποιούνται στην ίδια περιοχή.

Με την κάθετη τοποθέτηση και τη συλλογή περισσότερης ηλιακής ενέργειας όταν ο ήλιος είναι κοντύτερα στον ορίζοντα, τα τρισδιάστατα μοντέλα της ερευνητικής ομάδας ήταν σε θέση να επιτύχουν την ομοιομορφία ισχύος στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η συγκεκριμένη ομοιομορφία επεκτάθηκε σε όλη τη διάρκεια της ημέρας, όλες τις εποχές του χρόνου, ακόμα και όταν υπήρχε εμπόδιο από σύννεφα ή σκιές.

Οι ερευνητές λένε χαρακτηριστικά ότι η αύξηση της ομοιομορφίας θα μπορούσε να υπερκεράσει ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην παραγωγή ηλιακής ενέργειας, που αυτή τη στιγμή κάνει δύσκολη την πλήρη ενσωμάτωση των πεδίων με ηλιακά πάνελ στο δίκτυο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Προσθέτουν μάλιστα ότι η ομοιομορφία στην παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος θα μπορούσε να μειώσει το κόστος των τρισδιάστατων πάνελ.

Όταν οι υπολογιστές της ερευνητικής ομάδας έδωσαν συνδυασμένα σχήματα μοντέλων, όπως ο κύβος με την κάθε πλευρά να έχει κοίλωμα προς τα μέσα, παρατηρήθηκε ότι θα μπορούσε να επιτευχθεί μια βελτίωση 10%-15% της παραγωγής σε σχέση με έναν απλό κύβο, υπήρχε όμως το πρόβλημα της δυσκολίας κατασκευής των συγκεκριμένων μοντέλων. Στις δοκιμές στην οροφή κτιρίου, η ομάδα είχε την ευκαρία να μελετήσει απλά μοντέλα κύβων αλλά και πιο σύνθετα σχήματα, όπως για παράδειγμα επίπεδα μοντέλα με δυνατότητα να αναπτύσσονται πλήρως στον χώρο έκθεσης, κατά κάποιο τρόπο σαν ακορντεόν.

Ο πύργος-ακορντεόν αποτέλεσε την υψηλότερη κατασκευή που δοκίμασε η ερευνητική ομάδα. Τέτοιου είδους σχέδια θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή σε χώρους στάθμευσης ηλεκτροκίνητων αυτοκινήτων, σύμφωνα με τον Jeffrey Grossman, τον κύριο συγγραφέα της μελέτης και τον Carl Richard Soderberg, Career Development Associate Professor of Power Engineering του MIT. Ο Grossman και οι συνάδελφοί του επισημαίνουν επίσης ότι με την πτώση των τιμών των ηλιακών κυψελών υπάρχει η προοπτική να διερευνηθούν τα οφέλη από διαφορετικούς συνδυασμούς κυψελών.

Μετά την επιτυχία των δοκιμών σε τρισδιάστατα μοντέλα, η ομάδα σχεδιάζει την μελέτη μιας συλλογής από ηλιακούς πύργους οι οποίοι θα τους δώσουν την ευκαιρία να εξετάσουν τα αποτελέσματα της σκιάς του ενός πύργου στον άλλο, καθώς ο ήλιος κινείται κατά την διάρκεια της ημέρας. Οι ερευνητές μάλιστα σημειώνουν ότι τα τρισδιάστατα πάνελ προσφέρουν πολλαπλά πλεονεκτήματα τοποθετημένα σε οροφές κτιρίων ή σε αστικά περιβάλλοντα, όπου ο χώρος είναι περιορισμένος. Επισημαίνουν όμως τη δυνατότητα χρήσης σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα, σε «ηλιακές φάρμες» για παράδειγμα όπου ο παράγοντας σκιά του κάθε πύργου θα ελαχιστοποιείται.