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麻省理工研究人员:光伏太阳能电池造成三维结构

2012-03-29 10:04
华静一
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  通常,太阳能光伏电池要么平铺在房顶上,要么安装在特殊的机动装置上,始终朝向太阳。近日,美国麻省理工学院(MIT)的研究人员提出了奇思妙想:把太阳能电池制造成三维结构,比如方块或者塔形。该研究结果也着实令人惊讶比起平板,在同样的面积区域上,三维结构太阳能电池产出的能量至少翻倍,最高可超过20倍。

  这项同时基于计算机模拟和实物模型测试的研究发表在《能源与环境科学》杂志上。研究人员表示,通常情况下,三维结构在任何空间有限的地方都有优势,比如拥挤的城市中。此外,在太阳能发电场也能得到应用。论文高级作者、MIT副教授Jeffrey Grossman认为,这一思路对未来的光伏科技发展有重要意义。

  据悉,该研究首次用系统分析和预测分析方法来解决三维结构的效率问题。研究人员首先利用计算机算法研究了大量可能的三维结构,同时开发出一套分析软件在各种纬度和天气条件下进行测试。随后,他们在MIT一个实验室的屋顶上搭建了3种不同的太阳能电池三维结构,用于验证模拟预测的准确性。

  研究发现,越是远离赤道、处在冬季或者多云天气,三维太阳能电池的发电效果提升越显著。参与研究的MIT材料科学与工程系研究生Marco Bernardi解释说,能量产出得以提升的根本原因在于当太阳靠近地平线时,比如清晨、傍晚和冬季,三维结构的垂直面能够收集到相当多的阳光。

  计算机模拟表明,三维结构越复杂效果越好,比如每个面都向内凹的立方体,但这些结构往往都不太好制造。不过研究人员表示,研究中使用的计算机算法也可以在较小的能量损失(10%~15%)下简化结构,比起性能的大幅提升,这一代价可能根本算不了什么。

  研究人员承认,目前这种三维结构电池的成本高于普通太阳能板,但超高的能量效率和稳定的能量产出会弥补这一劣势。他们强调,这一改进的优势在于使能量产出更加稳定,可以预知,因此也更加容易接入电网。

  Grossman认为,这一创新走向应用的时机已经成熟。他解释说:即便是10年前,这一想法从经济性角度上也是不可取的,因为太阳能电池模块太贵了。而眼下,65%的钱都花在了太阳能电池的安装、土地使用权以及其他设备上。因此,随着成本下降,三维太阳能电池的优势将逐渐明显。

  专家评价指出,该研究从理论和试验两方面证明了三维光伏元件在捕获不同角度光线上的显著优势,而其挑战在于要用经济廉价的方式大量生产这些元件。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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