Roger Angel adalah seorang astronom yang desain inovatifnya untuk cermin teleskop telah secara radikal mengubah cara kita melihat bintang dan galaksi. Dia mengembangkan cermin ringan bersarang madu untuk teleskop terbesar dan paling kuat di dunia, termasuk Teleskop Binokuler Besar di Gunung Graham di Arizona dan Teleskop Giant Magellan yang saat ini sedang dibangun di Chili. Dia adalah Profesor Bupati dan kepala Steward Observatory Mirror Lab di University of Arizona (UA), dan anggota MacArthur "genius grant". Pada 2010 ia memenangkan Hadiah Kavli bergengsi untuk Astrofisika. Namun belakangan ini dia lebih memikirkan kehidupan di planet kita sendiri.
"Saya telah mengkhawatirkan pemanasan global, " kata Angel, dan dia mulai mempertimbangkan solusi sebagai sesuatu yang berani (dan pada akhirnya menjadi penghalang biaya) dengan menempatkan naungan matahari raksasa di ruang angkasa untuk mendinginkan planet ini. Tetapi ketika istrinya bertanya kepadanya, “Tidak bisakah Anda melakukan sesuatu tentang pemanasan global?” Ia menjadi serius dan mulai membayangkan bagaimana cermin teleskopnya dapat digunakan untuk menghasilkan energi bersih. Sekarang Angel telah membuat sistem yang memanfaatkan cermin dengan sel surya kecil untuk memanfaatkan cahaya dan menghasilkan listrik, sistem yang berpotensi lebih hemat biaya daripada yang lainnya di pasaran.
Mencoba memanfaatkan kekuatan matahari bukanlah hal baru; banyak perusahaan dan penemu telah menganalisis masalah tentang cara mengumpulkan, mengubah, dan menggunakan energi surya secara efektif selama beberapa dekade. Teknologi sel fotovoltaik (PV) yang menangkap sinar matahari telah meningkat dari waktu ke waktu, tetapi masih ada beberapa potongan lengket untuk teka-teki menghasilkan listrik tenaga surya. Beberapa masalah tersebut termasuk jumlah panas yang dihasilkan oleh teknik yang ada, ruang yang dibutuhkan untuk sel surya dan biaya.
Angel sedang menangani beberapa masalah ini dengan sistem barunya. "Ini adalah unit mandiri lengkap yang mengubah cahaya menjadi energi dan menolak panas, " katanya. Tersebar di sekitar lab Tucson-nya adalah alat-alat, potongan-potongan logam, potongan-potongan sel PV dan potongan-potongan alat lainnya. Disatukan, itu akan terdiri dari beberapa cermin persegi yang melekat pada kerangka baja besar dan ringan yang terlihat seperti gym hutan. Setiap cermin memantulkan cahaya ke unit konversi daya berbentuk kubus sendiri (PCU) yang dipasang di atas pusatnya. PCU adalah kotak kecil dengan bola silika menyatu di ujung yang menghadap cermin. Saat cahaya dari matahari mengenai cermin, bentuk parabola cermin memfokuskan sinar langsung ke bola, yang pada gilirannya memfokuskan cahaya ke matriks melengkung dari 36 sel PV kecil. Sel inilah yang mengubah cahaya menjadi listrik.
Setiap cermin memantulkan cahaya ke unit konversi daya berbentuk kubus sendiri (PCU) yang dipasang di atas pusatnya. (Atas perkenan Rehnu) 
Astronom Roger Angel sedang mencoba memanfaatkan kekuatan matahari dengan teknologi baru yang dikembangkan untuk teleskop. Pelacak surya yang digambarkan saat ini menghasilkan daya listrik 2 kW. (Courtesy of University of Arizona) 
Tampilan dekat dari sistem yang dikonversi, memperlihatkan bola silika berdiameter 5 "dan kotak reflektif yang menampung sel-sel simpang tiga. "Sel-sel mengubah sekitar 40 persen dari cahaya menjadi listrik, " kata Angel, mencatat ini sangat efisien untuk sistem tenaga surya. Inovasinya juga mengandung sistem pendingin menggunakan teknologi yang mirip dengan yang digunakan untuk chip komputer dan mesin mobil. "Ini memungkinkan chip tetap sangat dingin: 20 derajat C di atas suhu udara sekitar, " katanya. Sistem pendingin memiliki manfaat tambahan karena tidak menggunakan air, sumber daya yang sangat berharga di padang pasir tempat banyak sistem tata surya beroperasi; pendingin resirkulasi digunakan sebagai gantinya.
“Tidak seorang pun pernah membangun sistem yang menggunakan struktur rangka ruang yang ringan dan efisien untuk meminimalkan jumlah baja dan memegang cermin. Tidak ada yang membuat cermin kaca parabola yang praktis dan murah seperti ini, dan tidak ada yang membuat PCU seperti ini, ”kata Angel.
Alex Cronin, seorang ahli fisika di University of Arizona yang melakukan penelitian independen dari Angel pada sel surya PV, setuju. Malaikat "telah mengoptimalkan [tata surya ini] seperti teleskop, " kata Cronin. “Ini adalah contoh meregangkan amplop ke arah yang baru. Dia mendesainnya dengan jumlah baja dan besi paling sedikit. Di masa depan kita akan melihat lebih banyak tentang ini. Dia memimpin industri ini. "
Angel mengatakan desainnya memiliki "warisan dari astronomi." Tetapi teleskop dalam astronomi digunakan untuk memusatkan cahaya yang sangat samar, jauh, sementara cermin di sini memainkan peran yang berbeda. "Kami telah beralih dari satu ekstrem membuat cermin paling sempurna yang dapat Anda pikirkan, menjadi cermin berbiaya rendah yang 'cukup baik.' ”
Mereka mungkin lebih murah, tetapi Anda tidak ingin berdiri di titik fokus salah satu cerminnya. Angel baru-baru ini menguji cermin selebar tiga meter yang memfokuskan sinar matahari pada sepotong baja setebal enam milimeter. Dalam 15 detik, balok membakar lubang ke baja ukuran seperempat.
Selain cermin, elemen penting lain dari sistemnya adalah sel PV di PCU. Daripada menggunakan sel surya silikon yang khas, dia mengambil petunjuk dari atas: "Hal yang menarik perhatian saya adalah bahwa baru-baru ini jenis sel PV yang digunakan di ruang angkasa [untuk memberi daya pada stasiun ruang angkasa, misalnya] telah disesuaikan untuk digunakan pada tanah, ”katanya. "Dari cahaya yang masuk ke mereka, Anda mengubah energi dua kali lebih banyak menjadi listrik." Ini menghemat uang dan ruang dalam sistem. "Banyak orang telah mencatat sifat-sifat indah" dari sel-sel yang lebih baru, yang disebut sel-sel tiga-persimpangan PV, "tetapi tantangannya adalah mendapatkan cahaya terkonsentrasi pada mereka tanpa meniup anggaran."
Ilmuwan terkenal memotong kebisingan pemanasan global dan menjabarkan faktaDengan bantuan bola silika, sinar matahari yang jatuh di cermin dapat difokuskan ke area sel seperseribu ukuran cermin, dan biaya sel menjadi sepersepuluh lebih banyak per watt yang dihasilkan dibandingkan dengan solar panel yang tidak menggunakan teknologi Angel.
Tujuan Angel adalah untuk menciptakan listrik tenaga surya "skala utilitas" dengan harga yang bersaing dengan bahan bakar fosil, sesuatu yang tidak ada saat ini. “Saya pikir apa yang kami lakukan memiliki peluang bagus. Arsitektur yang kami kembangkan selama beberapa tahun terakhir adalah pendekatan baru dan ditujukan khusus untuk mendapatkan biaya rendah. "
Sebagian dari keefektifan biaya berasal dari kemampuan Angel untuk memanfaatkan proses manufaktur yang sudah ada. Sistemnya yang dipatenkan dan dipatenkan (mencakup perakitan, optik, dan penggunaan sel PV) cukup sederhana sehingga dapat diproduksi dalam volume tinggi, dan ia dan tim ilmuwan serta mahasiswa pascasarjana di University of Arizona sedang meneliti cara untuk membuat metode produksi massal lebih ramping.
Bahkan latar untuk penelitian dan pengembangannya membantu mengurangi biaya. Prototipe untuk rakitan seperti gym-hutan Angel dibangun di kolam renang kosong di belakang gym di kampus UA, tempat yang pernah menampung parabola untuk stasiun TV Tucson. "Ruang khusus ini memiliki pemandangan langit selatan yang sempurna dari fajar hingga senja dan berjarak dua menit berjalan kaki dari kantor saya, " katanya, dan wilayah itu mendapatkan sekitar 350 hari sinar matahari per tahun. Manfaat lain dari berada di Arizona adalah "kita dua sampai tiga jam di belakang Pantai Timur, yang berarti matahari masih bersinar di Arizona pada saat permintaan puncak di Timur, " katanya.
Malaikat sebagian didorong untuk mengembangkan tenaga surya karena sesuatu yang dia amati di Bumi. Rumahnya berada di dekat sungai, dan dia telah menyaksikan jalan air menurun dari waktu ke waktu. "Meja air sudah turun tiga kaki sejak saya berada di rumah, " katanya. “Degradasi sungai adalah sesuatu yang saya lihat waktu nyata di depan mata saya karena kelebihan penduduk. Saya telah berdamai bahwa sungai saya yang indah akan mengering, tetapi saya tidak ingin berdamai dengan sebuah planet yang akan mengalami nasib buruk seperti itu. ”
Alaina G. Levine adalah seorang penulis sains yang berbasis di Tucson, Arizona.
