三维太阳能塔,光伏发电的未来?

作者:焦侗

<p>Jeffrey Grossman和他的团队在麻省理工学院的屋顶上测试了两个小型版本的三维光伏阵列,以测量他们全天的实际电力输出照片:Allegra Boverman随着努力不断改进绿色技术和太阳能的性能光伏电池,麻省理工学院科学家团队开发出一种新的节省空间的设计通过建造立方体或太阳能塔,这些立方体或太阳能塔以三维配置向上升起,该团队已显示出功率输出从双倍到超过固定平板的20倍</p><p>相同的基础领域世界各地的密集研究都致力于提高太阳能光伏电池的性能并降低成本但很少关注安排这些电池的最佳方式,这些电池通常平放在屋顶或其他地方</p><p>表面,或者有时连接到机动结构,当它穿过天空时保持细胞指向太阳现在,在麻省理工学院的研究人员提出了一种截然不同的方法:建立立方体或塔,以三维结构向上延伸太阳能电池令人惊讶的是,他们测试的结构的结果显示功率输出从双倍到超过20倍具有相同基础面积的固定平板面板在最需要改进的情况下可以看到最大的动力提升:在远离赤道的地方,在冬季和在阴天的时候这些新发现,基于计算机建模和实际模块的户外测试已发表在能源与环境科学杂志上“我认为这个概念可能成为光伏未来的重要组成部分”,该论文的资深作者,Jeff Richard Grossman,Carl Richard Soderberg职业发展副教授麻省理工学院动力工程学院麻省理工学院团队最初使用计算机算法探索各种可能的配置,并且开发的分析软件可以在整个纬度,季节和天气范围内测试任何给定的配置然后,为了确认他们模型的预测,他们在麻省理工学院实验室建筑物的屋顶上建造并测试了三种不同的太阳能电池布置,持续数周</p><p>这种3-D模块产生的给定能量的成本超过普通平板的成本,对于给定的占地面积,可以通过更高的能量输出来部分地平衡费用,以及在整个过程中更加均匀的功率输出</p><p>一天,一年中的季节,以及面对云或阴影的阻塞这些改进使电力输出更加可预测和均匀,这可以使电网与传统系统的集成更容易,作者说基本的物理原因为了提高功率输出 - 以及随着时间的推移输出更均匀 - 三维结构的垂直表面可以收集更多的太阳能联合作者,麻省理工学院材料科学与工程系(DMSE)研究生Marco Bernardi表示,在早晨,晚上和冬天,太阳更接近地平线时,Grossman补充说,这种创新的时机已经成熟</p><p>因为太阳能电池已经变得比附带的支撑结构,布线和安装便宜所以随着电池本身的成本继续比这些其他成本更快地下降,他们说,3-D系统的优势将相应增长“甚至10年前这个想法在经济上是不合理的,因为模块成本太高,“格罗斯曼说,但现在,他补充说,”硅电池的成本只是总成本的一小部分,这一趋势将在不久的将来继续下降“目前,高达65%的光伏(PV)能源成本与安装,土地和其他组件的使用许可除了细胞本身有关虽然格罗斯曼的计算机建模他的同事表明,最大的优势来自于复杂的形状 - 例如每个面都向内凹陷的立方体 - 这些很难制造,共同作者,DMSE的研究科学家Nicola Ferralis说,算法也可以使用优化和简化形状,几乎没有能量损失 事实证明,这种优化形状与简单立方体之间的功率输出差异仅为10%至15% - 这种差异与一般三维形状的大幅改善相比相形见绌,他说团队分析了更简单的立方体在他们的屋顶实验测试中,更复杂的手风琴状态首先,研究人员在近两周没有晴朗,阳光明媚的日子进行测试时感到苦恼然而,在查看数据时,他们意识到他们已经从中学到了重要的经验教训</p><p>多云的日子,与传统的平板显示出功率输出的巨大改善对于手风琴般的塔 - 团队测试的最高结构 - 想法是模拟一个塔,“你可以平坦地运输,然后可以展开网站,“格罗斯曼说这样的塔可以安装在一个停车场,为电动汽车提供充电站,他说,到目前为止,该团队模拟了单独的三维模块下一步是o研究一组这样的塔,考虑一个塔在一天中的不同时间投射在其他塔上的阴影</p><p>一般来说,三维形状在空间有限的任何地方都可以有很大的优势,例如平屋顶设施或者在城市环境中,他们说这种形状也可以用于大规模应用,例如太阳能农场,一旦塔之间的遮蔽效应被小心地最小化了一些其他的努力 - 包括去年的中学科学博览会项目 - 已经尝试过对太阳能电池的三维排列但是,格罗斯曼说,“我们的研究本质上是不同的,因为它是第一个通过系统和预测性分析来解决这个问题的”David Gracias,化学和生物分子工程副教授约翰斯·霍普金斯大学没有参与这项研究,他说格罗斯曼和他的团队“已经证明了三维光伏元件可以提供的理论和概念验证证据在不同角度拍摄光线方面的显着优势然而,挑战是以经济有效的方式大规模生产这些元素“来源:David L Chandler,麻省理工学院新闻办公室图片:....