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从剪纸中寻找太阳能电池板设计灵感
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能跟踪太阳的动态剪纸结构，由单体集成在聚酰亚胺片材上的单晶柔性砷化镓太阳能电池单元组成。
太阳能设计已经从树叶、窗户、喷漆和布料中寻找过灵感。现在，一项太阳能技术创新意味着又有一个灵感加入这个行列：日本剪纸艺术(kirigami)。
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周二发表在《自然通讯》上一项研究概述了柔性薄膜太阳能电池如何像剪纸一样工作——以及它们可能会如何比传统面板更高效、更好地跟踪太阳。随着太阳在天空中移动而倾斜太阳能电池板的跟踪器已经存在，但根据这项研究，由于其重量和高成本，它们往往被无视，研究指出，这部分成本实际上是逐年增加，尽管整体太阳能成本在不断下降。
“结果，占安装总量约85%的住宅倾斜式屋顶系统完全缺乏常规跟踪选项，为了进一步降低安装成本，并使新的应用成为可能，需要一种紧凑和轻量级太阳跟踪的新颖方式。”研究指出道。
密歇根大学的一组研究人员想出了这种新颖的方法。博士生和该研究主要作者Aaron Lamoureux说他们组先做了头脑风暴并考量了几种不同的太阳能电池样式，最后得出了论文中所述的结果。
“它看起来极其简单，因为它就是极其简单——只不过是直线切割而已，我们看过的其他式样制造更困难，而且跟踪性能也没它好。” Lamoureux说。
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该样式利用了安装在塑料载体上的超薄晶体砷化镓电池单元(从历史上看，其高成本一直是成功的障碍)，可以拉伸和弯折以全天候地最佳捕获阳光。跟踪太阳的能力给了这一设计相对传统屋顶太阳能板的优势。
“从给定太阳能电池中能获得的功率与该电池朝向太阳的面积直接相关，有效面积越大，你能获得的功率就越大，” Lamoreux说。如果你正面看着一张纸，然后开始倾斜它，它会在你眼中变得越来越薄，直到你只能看到纸的边缘。“在太阳的视角看来就是这样。”
现有的太阳能跟踪系统使用马达随着太阳在空中移动而倾斜太阳能电池板，Lamoureux说，由于这项研究只是概念证明——这种想法是可以工作的，但要能够规模运作，还有更多工作要做——他们仍在寻找如何移动电池单元的不同选项。如果是使用传统马达来移动，则会比更大的太阳能面板的马达更轻更小，该小组也在考虑无需传统机械马达来移动太阳能电池的不同方式的可能性，比如能导致电池倾斜的脉冲。
Lamoureux说该概念在能市场化之前，仍有很多工作要做。首先，它必须按比例放大。目前，该项目的尺度只有一个五毛大小。研究者们还需要确定电池单元在高温和严寒季节如何表现，以及是否有别的材料会使系统工作得更好。Lamoureux说团队已经开始考虑这些问题，并表示他并不认为这些问题会阻止系统演化，以及推向市场的潜力。
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用25美分显示柔性太阳能电池的尺度。CREDIT: AARON LAMOUREUX – UNIVERSITY OF MICHIGAN
“我绝对认为存在需要解决的问题……但我在此过程中并未看到任何硬性障碍，所以我觉得随着技术改进，和更好地理解这些东西如何工作，所有这些障碍都是可以克服的，”他说。
他还表示，尽管他认为传统太阳能板将会永远存在下去，但研究人员们将继续创新，使现有技术更有效和高效。
“因为容易在平面屋顶上安装，平面面板是很好的。但不管你的平面面板如何有效，太阳移动时你仍然会损失效率，而这就是跟踪系统的优美之处。当我们试着进一步降低太阳能发电的成本并增加功率时，我们将转向其他的几何类型，以获得更好的性能和成本。”
本文译自 ThinkProgress，由 王丢兜 编辑发布。