מאת: אופיר מרום
קבוצת חוקרים מאוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון פיתחה מערכות פוטו-וולטאיות, המצוידות במנגנון עקיבה המחקה את מנגנון ההליאוטרופיזם שבטבע. ניסויי היתכנות ראשונים מצביעים על שיפור בתפוקת הזרם החשמלי הנוצר במערכת, בהשוואה למערכות ללא מנגנון עקיבה זה.
התהליך הנקרא הליאוטרופיזם (Heliotropism) הוא דוגמא נפלאה לפתרונות ההנדסיים שהטבע מספק לנו. המונח נקבע עוד ביוון העתיקה, והוא נובע מחיבור המילים "שמש" ו- "להסתובב". התהליך קיים בצמחים שונים בהם העלים או הפרחים זזים במהלך היום בהתאם לכיוון קרינת השמש. התנועה מתבצעת ע"י שינוי לחץ הטורגור, לחץ הנובע משינוי נפח התאים בעקבות מעבר של מים אל תוך התאים או אל מחוצה להם בהתאם לריכוז המלחים. שינוי נפח התאים דוחף את דפנות הגבעול, וגורם בכך לסיבוב של הצמח לכיוון הרצוי. התהליך מושג בזכות שינוי מאזן המלחים בתוך התאים, בעקבותיו נכנסים מים לתא ומשנים את נפחו. בזכות שינוי הנפח משתנה הכיוון של העלים או הפרחים לכיוון בו מתקבלת החשיפה הגבוהה ביותר לשמש.
תמונה מאת Pudelek
כיום, נמצאות בשימוש, מערכות פוטו-וולטאיות פעילות רבות המבוססות על אותו עקרון. מערכות אלה עוקבות אחר מיקום השמש בעזרת מכשירי GPS או חיישנים, ומשנות את זווית הקולטים בעזרת מנועים חשמליים כדי להבטיח את יעילותם המרבית. חסרונן של מערכות אלה הוא שלצורך הקמתן ותפעולן נדרשת השקעה אנרגטית וכלכלית לא מבוטלת. בהשראת תהליך ההליאוטרופיזם שמתרחש בטבע, תכננו קבוצה של חוקרים מאוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון, מנגנון הליאוטרופיזם מלאכותי, אותו הם מקווים לרתום לטובת ייצור מערכות פוטו-וולטאיות יעילות יותר מאלה הקיימות היום.
בשיטה החדשה הציבו החוקרים את הקולטים הסולאריים על בוכנות מלאות באלסטומר מיוחד (liquid crystalline elastomer). אלסטומר זה נבחר בשל יכולתו להתגבש ולאבד מנפחו בזמן חימום. התהליך הפיך, ולאחר שהתקרר, חוזר האלסטומר לנפחו המקורי. כדי לשפר את תפקוד הבוכנות הוטמעו באלסטומר ננו-צינוריות פחמן, המשמשות כמעין ננו-מחממים בשל יכולתן לקלוט מגוון רחב של אורכי גל, ולהפוך באופן יעיל את אנרגיית הפוטונים לחום. בנוסף, החוקרים גם הציבו סביב המתקן מערך של מראות, שמרכזות וממקדות את אור השמש על הבוכנות. באופן הזה, בכל רגע נתון, הבוכנה הפונה אל השמש היא החמה ביותר, ודבר זה גורם לכל הקולטן להיות מוטה לכיוון ממנו מגיעה הקרינה החזקה ביותר, ובכך לנצל קרינה זו ביעילות הגבוהה ביותר. בניסויי היתכנות ראשונים, הן במעבדה והן בשטח, הראו החוקרים שהשיטה החדשה אכן עובדת, והמערכת כולה זזה באופן עצמאי בהתאם לכיוון ממנו מגיעה הקרינה החזקה ביותר ובעקבות כך גדלה גם תפוקת הזרם החשמלי. החוקרים מקווים שתהליך ההליאוטרופיזם המלאכותי אותו יצרו יאפשר בעתיד ניצול פשוט ויעיל של אנרגיית השמש.
למקור הידיעה
קבוצת חוקרים מאוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון פיתחה מערכות פוטו-וולטאיות, המצוידות במנגנון עקיבה המחקה את מנגנון ההליאוטרופיזם שבטבע. ניסויי היתכנות ראשונים מצביעים על שיפור בתפוקת הזרם החשמלי הנוצר במערכת, בהשוואה למערכות ללא מנגנון עקיבה זה.
התהליך הנקרא הליאוטרופיזם (Heliotropism) הוא דוגמא נפלאה לפתרונות ההנדסיים שהטבע מספק לנו. המונח נקבע עוד ביוון העתיקה, והוא נובע מחיבור המילים "שמש" ו- "להסתובב". התהליך קיים בצמחים שונים בהם העלים או הפרחים זזים במהלך היום בהתאם לכיוון קרינת השמש. התנועה מתבצעת ע"י שינוי לחץ הטורגור, לחץ הנובע משינוי נפח התאים בעקבות מעבר של מים אל תוך התאים או אל מחוצה להם בהתאם לריכוז המלחים. שינוי נפח התאים דוחף את דפנות הגבעול, וגורם בכך לסיבוב של הצמח לכיוון הרצוי. התהליך מושג בזכות שינוי מאזן המלחים בתוך התאים, בעקבותיו נכנסים מים לתא ומשנים את נפחו. בזכות שינוי הנפח משתנה הכיוון של העלים או הפרחים לכיוון בו מתקבלת החשיפה הגבוהה ביותר לשמש.
כיום, נמצאות בשימוש, מערכות פוטו-וולטאיות פעילות רבות המבוססות על אותו עקרון. מערכות אלה עוקבות אחר מיקום השמש בעזרת מכשירי GPS או חיישנים, ומשנות את זווית הקולטים בעזרת מנועים חשמליים כדי להבטיח את יעילותם המרבית. חסרונן של מערכות אלה הוא שלצורך הקמתן ותפעולן נדרשת השקעה אנרגטית וכלכלית לא מבוטלת. בהשראת תהליך ההליאוטרופיזם שמתרחש בטבע, תכננו קבוצה של חוקרים מאוניברסיטת וויסקונסין-מדיסון, מנגנון הליאוטרופיזם מלאכותי, אותו הם מקווים לרתום לטובת ייצור מערכות פוטו-וולטאיות יעילות יותר מאלה הקיימות היום.
בשיטה החדשה הציבו החוקרים את הקולטים הסולאריים על בוכנות מלאות באלסטומר מיוחד (liquid crystalline elastomer). אלסטומר זה נבחר בשל יכולתו להתגבש ולאבד מנפחו בזמן חימום. התהליך הפיך, ולאחר שהתקרר, חוזר האלסטומר לנפחו המקורי. כדי לשפר את תפקוד הבוכנות הוטמעו באלסטומר ננו-צינוריות פחמן, המשמשות כמעין ננו-מחממים בשל יכולתן לקלוט מגוון רחב של אורכי גל, ולהפוך באופן יעיל את אנרגיית הפוטונים לחום. בנוסף, החוקרים גם הציבו סביב המתקן מערך של מראות, שמרכזות וממקדות את אור השמש על הבוכנות. באופן הזה, בכל רגע נתון, הבוכנה הפונה אל השמש היא החמה ביותר, ודבר זה גורם לכל הקולטן להיות מוטה לכיוון ממנו מגיעה הקרינה החזקה ביותר, ובכך לנצל קרינה זו ביעילות הגבוהה ביותר. בניסויי היתכנות ראשונים, הן במעבדה והן בשטח, הראו החוקרים שהשיטה החדשה אכן עובדת, והמערכת כולה זזה באופן עצמאי בהתאם לכיוון ממנו מגיעה הקרינה החזקה ביותר ובעקבות כך גדלה גם תפוקת הזרם החשמלי. החוקרים מקווים שתהליך ההליאוטרופיזם המלאכותי אותו יצרו יאפשר בעתיד ניצול פשוט ויעיל של אנרגיית השמש.
למקור הידיעה
