Blu-ray диски помогут повысить эффективность солнечных панелей

Насколько Blu-ray диски могут быть полезными? Сейчас это один из способов хранения любимых фильмов и телевизионных шоу с высоким разрешением, благодаря технологии хранению данных с высокой плотностью.

А согласно новому исследованию Северо-Западного университета, штата Иллинойс, Blu-Ray диски могут также улучшить производительность солнечных панелей – отличный вариант для использования уже ненужных дисков.

Междисциплинарная исследовательская группа обнаружила, что физическое расположение записанной на диске информации - вне зависимости, это научно-популярный фильм Discovery или мультфильм «Гриффины» - отлично работает в плане улучшения поглощения света по всему солнечному спектру.

«У нас было предчувствие, что Blu-Ray диски могут помочь улучшить солнечные панели, и к нашей радости, мы обнаружили, что существующие модели делают это очень хорошо», говорит Цзясин Хуан, химик и профессор материаловедения и инженерии в школе инженерных и прикладных наук Маккормик. «Это как будто бы инженеры-электрики и ученые компьютерных технологий при разработке технологии Blu-Ray подсознательно делали нашу работу».

Blu-Ray диски имеют более высокую плотность записи на единицу поверхности, чем DVD-диски, и имеют именно такой квазислучайный шаблон расположения информации, совершенствовашийся инженерами на протяжении десятилетий, который, будучи повторенным на солнечных панелях, обеспечивает нужную текстуру для улучшения поглощения света и производительности ячеек.

Работая с Чэн Сан (Cheng Sun), доцентом кафедры технологии и машиностроения школы Маккормик, Хуан и его команда протестировали широкий спектр фильмов и телевизионных шоу, записанных на Blu-Ray дисках, в том числе боевики, драмы, документальные фильмы и т.п., и обнаружили, что видео-контент не имеет значения. Все работает одинаково хорошо для улучшения поглощения света в солнечных элементах.

Полученные результаты были опубликованы 25 ноября в журнале Nature Communications.

В отрасли солнечных элементов известно, что если некую текстуру поместить на поверхность солнечной панели, свет рассеивается более эффективно, повышая эффективность ячейки. Ученые давно ищут наиболее подходящую текстуру с разумной стоимостью производства.
Северо-западный университет продемонстрировал, что двоичный бинарный код Blu-Ray дисков 1 и 0, нанесенный в виде лендов (промежутков) и питов (углублений) для хранения видео информации, дают близкую к оптимальной текстуру поверхности для улучшения поглощения широкого спектра солнечного света.

В своей работе исследователи сначала выбрали фильм Джеки Чана «Суперполицейский». Они повторили текстуру на активном слое полимера солнечных ячеек и обнаружили, что ячейки стали намного эффективнее по сравнению с контрольными ячейками со случайной текстурой на поверхности.

«Мы обнаружили, что рандомная текстура работает намного лучше, чем вообще без ее применения, но Blu-Ray оказались лучше всего», говорит Хуан. «Тогда я задался вопросом, почему же это работает? Если вы не понимаете причину, то это не настоящая наука».

Хуан долго ломал голову, пока его жена Ли Шаоронг (Shaorong Liu), инженер баз данных IBM, предположила наличие связи с процессом сжатия данных. Это было понимание, необходимое Хуану и он принялся за изучение этой теории.

Исследователи внимательно изучили алгоритмы обработки данных в стандарте Blu-Ray и отметили две основные цели, которым они служат:
- Достижение наиболее высокой степени сжатия путем преобразования видеосигналов в, казалось бы, случайную последовательность 0 и 1.
- Повышение толерантности к ошибке, добавляя избыточную информацию в последовательности данных, которая также ограничивается количеством 0 и 1.

По словам исследователей, в результате преследования этих целей и появляется квази-случайный массив лендов и питов размерами, колеблющимися от 150 до 525 нанометров. И, как оказалось, такие размеры великолепно работают, преломляя свет во всем видимом спектре солнечного излучения.

Согласно отчету исследователей, увеличение общего поглощения света солнечной панелью с нанесением Blu-ray текстуры составляет 21,8%.

«В дополнение к улучшению полимерных солнечных панелей, наше моделирование предполагает, что Blu-ray текстура может легко применяться для других типов солнечных панелей».