किरिगामी का उपयोग, बेहतर कटिंग पैनल्स बनाने के लिए जापानी आर्ट ऑफ़ पेपर कटिंग

औसत उपयोगकर्ता के लिए सौर ऊर्जा को अधिक किफायती बनाने का प्रयास करने वाले इंजीनियरों को लंबे समय तक एक पहेली का सामना करना पड़ा है। जब वे पूरे आसमान में सूर्य की गति का अनुसरण करने के लिए शिफ्ट कर सकते हैं तो सौर पैनल बहुत अधिक ऊर्जा ग्रहण करते हैं। लेकिन पैनलों को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक मूल्यांकण महंगे हैं, और वे आम तौर पर झुकी हुई छतों पर उपयोग करने के लिए बहुत भारी हैं।

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अब, मिशिगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नए तरह के ट्रैकिंग पैनल बनाने के लिए, पेपर कटिंग की जापानी कला किरिगामी से उधार लिया है। सौर कोशिकाओं के सपाट प्लास्टिक शीटों को एक लेज़र का उपयोग करके छोटे-छोटे कट के साथ बनाया जाता है। जब खींचा जाता है, तो चादरें तीन आयामों में खुलती हैं, जो सूर्य की दिशा का सामना करने के लिए उभरी हुई सतहों की पेशकश करती हैं।

“यहाँ हमारे पास एक सब्सट्रेट है, जो वास्तव में पतला है। यह हल्का है, इसे बड़े समर्थन या मशीनों के साथ झुकना नहीं पड़ता है, ”मैक्स शेटिन, विश्वविद्यालय में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के एक सहयोगी प्रोफेसर कहते हैं। "आपको बस इतना करना है कि यह किस तरह का खिंचाव है।"

किरिगामी सौर कोशिकाएं शातिन की टीम और पेपर कलाकार मैथ्यू शीलियन के बीच सहयोग का परिणाम हैं। शीलियन, जिसे ज्यामितीय रूप से मुड़े हुए, पतले और कटे हुए कागज़ से बनी अपनी भविष्यवादी दिखने वाली मूर्तियों के लिए जाना जाता है, कई साल पहले श्टाइन की प्रयोगशाला से आया था, जिसमें वैज्ञानिकों को काम करने की तलाश थी। उन्होंने और श्टाइन ने इसे तुरंत मार दिया। वे नियमित रूप से मिलेंगे, यह जानने की कोशिश करेंगे कि श्टाइन की एक परियोजना में फ्लैट सतहों में हेरफेर करने के साथ शालीन की विशेषज्ञता का उपयोग कैसे किया जा सकता है। फिर एक दिन, शालीन ने शेटिन को एक ऐसा रूप दिखाया, जिसमें वह काम कर रहा था, जहाँ एक कागज को छोटे-छोटे टुकड़ों में काट दिया जाता है। जब शेटिन ने सिरों पर खींचा, तो यह तीन आयामी जाल में विस्तारित हो गया।

"मुझे लगा 'आह हा, बिंगो!" शेटीन याद करते हैं। यह सौर पैनल के लिए एकदम सही होगा।

एरिज़ोना में ग्रीष्मकालीन संक्रांति के दौरान स्थितियों के आधार पर, टीम ने किरिगामी पैनलों का उपयोग करके एक सिमुलेशन चलाया। सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि किरिगामी पैनल ने लगभग पारंपरिक रूप से यांत्रिक रूप से संचालित सौर पैनल पर काम किया, और यह स्थिर पैनल की तुलना में 36 प्रतिशत अधिक कुशल था। परिणाम नेचर कम्युनिकेशंस जर्नल में प्रकाशित किए गए थे।

किरिगामी पैनल उपभोक्ता के उपयोग से दूर हैं - श्टाइन परियोजना को आगे बढ़ाने के लिए अधिक धन प्राप्त करने की उम्मीद करते हैं। लेकिन वे संभावित रूप से पारंपरिक पैनलों की तुलना में सस्ता हो सकते हैं। जबकि एक अंतर्राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा एजेंसी की रिपोर्ट के अनुसार, सौर मॉड्यूल की लागत में पिछले कुछ वर्षों में नाटकीय रूप से गिरावट आई है (2009 के बाद से लगभग 75 प्रतिशत), स्थापना की कीमत बहुत अधिक है। किरिगामी पैनलों को स्थापित करना आसान होगा और कम भारी उपकरणों की आवश्यकता होगी।

परियोजना अभी भी वैचारिक चरण में है; टीम ने अभी तक पैनल का एक कार्यशील प्रोटोटाइप नहीं बनाया है। आगे के परीक्षण के लिए यह देखने की आवश्यकता होगी कि क्या पतली, लचीली सौर चादरें टिकाऊ होती हैं, जिन्हें वर्षों की अवधि में दैनिक रूप से नए पदों पर ले जाया जाता है। अगर टीम 25 साल तक चलने में सक्षम एक पैनल बनाने की उम्मीद करती है, तो शेटिन के अनुमान से, चादरों को कुछ 25, 000 आंदोलनों का सामना करने की आवश्यकता होगी।

"क्या वह ऐसा कर सकता है?" श्टीन पूछता है। "हमने इसका इतना परीक्षण नहीं किया है।"

यह भी अभी तक स्पष्ट नहीं है कि पैनलों को फैलाने के लिए किस तरह के तंत्र का उपयोग किया जाएगा, हालांकि यह पारंपरिक ट्रैकर्स की तुलना में बहुत हल्का होगा।

शातिन कहते हैं कि सौर पैनलों पर इस्तेमाल होने वाले किरिगामी पैटर्न में सौर ऊर्जा से कहीं अधिक आवेदन हो सकते हैं। यह संभव है कि पैटर्न कैमरों और एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योगों में उपयोगी हो सकता है, हालांकि श्टीन का कहना है कि वह बहुत विस्तार देने के लिए स्वतंत्रता में नहीं है।

ओरिगेमी, किरिगामी के बेहतर-चचेरे भाई, का उपयोग कई वैज्ञानिक और तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए किया गया है, जिसमें दिल के स्टेंट से लेकर एयरोस्पेस दर्पण तक कार एयरबैग हैं। किरिगामी ने हाल ही में कॉर्नेल शोधकर्ताओं द्वारा छोटे, बेंडेबल ट्रांजिस्टर बनाने के लिए उपयोग किया था। ग्राफीन (कार्बन एक परमाणु मोटी की चादरें) से काटें, ट्रांजिस्टर का उपयोग किसी भी उद्देश्य के लिए नैनोमैचिन बनाने के लिए किया जा सकता है।