Araştırmalar fraktalların güneş panellerinde hoş olabileceğini gösteriyor

Stres azaltma ve iyileştirilmiş güneş enerjisi bir gün beklenmedik bir pakette bir araya gelebilir ve Oregon Üniversitesi’nde yapılan bir araştırma, göze hoş gelen, fraktal desenli çatı güneş panellerinin yeni bir tasarımının malları teslim edebileceğini düşündürmektedir.

PLOS ONE dergisinde yayınlanan açık erişimli bir çalışmada , UO fizikçisi Richard Taylor ve UO psikolog Margaret Sereno liderliğindeki sekiz üyeli bir ekip, estetik psikolojisini – bu durumda doğada görülen güzelliğin değerini – elektrikle birleştirdi güneş paneli tasarım mühendisliği.

Taylor, “Bulgularımız, günümüz toplumunun iki ana sorununu aynı anda ele alma potansiyeline sahiptir: artan temiz enerji üretimi için kritik ihtiyaç ve artan stres kaynaklı hastalıkların azaltılması ihtiyacı.” Dedi. “Stres şu anda ABD ekonomisine yılda 300 milyar dolardan fazla mal oluyor.”

370 katılımcıyı içeren bir dizi çalışmada, araştırma ekibi hangi modelin görsel olarak en çekici olduğunu belirlemek için farklı fraktal tasarımları araştırdı . Kazanan desenler, fraktal şekilli elektrotların H harfine benzeyen tekrarlayan bir geometrik desende parmaklar gibi dallandığı bir H ağacı yapısına dayanıyordu.

Güneş panellerindeki elektrotlar, elektrik üretimi için iletkenliği artıracak şekilde bara adı verilen şeritlere dahil edilir. Geleneksel yaklaşım, elektrot yerleşimleri için tekrarlayan, ölçekler arası fraktal tasarım yerine tekrar etmeyen bir bara kullanan Öklid tasarımına dayanmaktadır. Güneş ışığını başarıyla enerjiye dönüştürürken, geleneksel tasarımların görsel çekiciliği çok az oldu.

Taylor, insan kimlik doğrulamasını geri kazanmak için retina implantları oluşturmak üzere sanat kimlik doğrulamasından patentli bir yaklaşıma kadar çeşitli uygulamalar için doğanın fraktal geometrisinden yararlandı. Sereno ile yaptığı işbirliği şimdi güneş paneli fotodiyotlarındaki fraktal elektrotların baraları estetik olarak aşacağını gösteriyor.

Çalışmalar, 1984 yılında Harvard Üniversitesi doğa bilimci Edward O. Wilson tarafından “diğer yaşam biçimlerine katılma dürtüsü” olarak tanımlanan bir hipotezde tanımlanan biyofilyadan alınmıştır. Mevcut çalışma, Sereno ve Taylor tarafından fraktal akıcılığı araştıran bir dizi yayında sonuncusu.

Araştırmacılar, hem doğadaki hem de bilgisayar tarafından üretilen taklitlerde fraktal kalıpları izleyen insanlar tarafından fizyolojik stresin azaltılmasına ilişkin olumlu yanıtlar bulan 13 çalışmadan alıntı yaptılar. Yakın bir yol boyunca yürüyen insanlar tarafından çatıdaki güneş panellerinde gözlemlenebilir fraktal kalıpların, Dünya Sağlık Örgütü’nün büyük bir küresel sorun olarak kabul ettiği stresi azaltmaya yardımcı olabileceğini öne sürüyorlar.

“Fraktal akıcılık, doğanın fraktallarına evrim yoluyla maruz kalmamız nedeniyle, görsel sistemimizin bu ortak fraktal kalıpları daha kolay işlemek için ayarlandığını öne sürüyor,” diyor UO Psikoloji Bölümü’nde doçent olan Sereno. “Bu işlem kolaylığı, stresi azaltmanın eşlik ettiği estetik bir etki yaratır.”

Araştırmacılar, H ağacı tasarımının kolayca üretildiğini ve çatı hücrelerinde güneş pilleri kurmak için kullanılan standart baraların genel tasarımına uyduğunu belirtti. Bununla birlikte, H ağaç bazlı bir barada ince alüminyum elektrotların yeniden şekillendirilmesinin panellerin elektrik verimliliğini azalttığı bulunmuştur.

Bu sorunu çözmek için ekip olası tasarımların performansını test etmek için elektrik simülasyonlarına yöneldi. Bu da, her tasarımın potansiyel güç kaybının ve verimliliğinin analizine yol açtı.

Optimum performans için araştırma ekibi fraktal ve bara tasarımlarını entegre etti. Taylor, yeni hibrid elektrotun fraktal tasarımın üstün estetiğini ve bara tasarımının üstün elektrik performansını yakaladığını söyledi.

Araştırma, güneş panellerindeki elektrotların fraktal tasarımının potansiyelini ilk keşfeden değil, performansı estetikle buluşturan bir tasarım icat eden ilk araştırma. Taylor ve Sereno, stresi azaltan fraktal tasarımları yapılı çevreye dahil etmenin diğer yollarını araştırıyor.

Projeler arasında, bu yaz Bilimsel Etkiyi Hızlandırmak için Phil ve Penny Knight Kampüsü’ne kurulacak fraktal halılar oluşturmak için Mohawk Group ile işbirliği ve ışık yaratmak için UO Mimarlık ve Çevre Okulu profesörü Ihab Elzeyadi ile işbirliği fraktal pencere gölgeleri tarafından dökülen desenler.