有一种方法进行这种转换,把光变成电,就是使用平板光伏电池板。这种发电方式正在世界各地迅速推广。
但是它面临着各种问题,妨碍着更广泛的采用,特别是在高纬度地区,一天中可转换的能量变化很大,季节变化也很大。
这种变化可以减轻,需要使用太阳能跟踪支架,但是,这些支架都很昂贵,而且是潜在的故障点。
今天,剑桥(Cambridge)麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)马可•伯纳地(Marco Bernardi)和朋友们说,有一个简单的补救方法,可以显著提高光伏电池的性能。不是采用二维平板,伯纳地和同事们提出使用三维结构。
他们已经模拟各种形状的性能,在麻省理工学院大楼屋顶上测试过几种。他们的研究结果表明,三维结构可以增加产生的能量,在一个给定面积,增加幅度高达20倍。这些结构还可以双倍增加可用高峰发电时段数量,而且可以减少季节性效用变化。
有两个效果起作用。这种三维结构可以在太阳低角度时收集光线,而且结构内部的反射有助于增加捕光量。
这些结构不需要很复杂。一种简单的立方体,顶部敞开,内部和外部覆盖光伏电池,发电是平板电池的3.8倍,这是指相同面积。相比之下,太阳能跟踪支架带来的增幅只能达到1.8倍。
当然,最终考验这个想法需要经济学。立方体有高得多的表面积比,而且比起平板电池来,制备也更昂贵,这是第一点。但是,伯纳地和同事说,它会产生更多的电力,远不止是弥补这点。
如果这些数字能够产生预期效果,就像他们所说的那样,那么,这些三维结构就能极大地改变光伏市场。伯纳地和同事说,这些三维结构装运时可作为平板封装,组装时,很容易“弹出”,形成三维结构。
而且,未来有可能会有显著改进。他们说,这项工作的灵感是“见于自然界的三维阳光收集结构”。据推测,他们的意思是指树木和植物。
这些就远不止是迄今研究的盒状形态。相反,大自然似乎依靠分形结构(fractal structure)来捕捉太阳能。这些形状究竟有多好,还需要研究。复制这些形状也很难,因为是用今天的制造方法,所以,这个领域也需要进步。
但是,很显然,这里有很大的潜力,可以开展进一步研究。