通常，太陽(yáng)能光伏電池要么平鋪在房頂上，要么安裝在特殊的機(jī)動(dòng)裝置上，始終朝向太陽(yáng)。近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員提出了奇思妙想：把太陽(yáng)能電池制造成三維結(jié)構(gòu)，比如方塊或者塔形。該研究結(jié)果也著實(shí)令人驚訝比起平板，在同樣的面積區(qū)域上，三維結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池產(chǎn)出的能量至少翻倍，最高可超過(guò)20倍。
　　這項(xiàng)同時(shí)基于計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)物模型測(cè)試的研究發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。研究人員表示，通常情況下，三維結(jié)構(gòu)在任何空間有限的地方都有優(yōu)勢(shì)，比如擁擠的城市中。此外，在太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)也能得到應(yīng)用。論文高級(jí)作者、MIT副教授Jeffrey Grossman認(rèn)為，這一思路對(duì)未來(lái)的光伏科技發(fā)展有重要意義。
　　據(jù)悉，該研究首次用系統(tǒng)分析和預(yù)測(cè)分析方法來(lái)解決三維結(jié)構(gòu)的效率問題。研究人員首先利用計(jì)算機(jī)算法研究了大量可能的三維結(jié)構(gòu)，同時(shí)開發(fā)出一套分析軟件在各種緯度和天氣條件下進(jìn)行測(cè)試。隨后，他們?cè)贛IT一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的屋頂上搭建了3種不同的太陽(yáng)能電池三維結(jié)構(gòu)，用于驗(yàn)證模擬預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
　　研究發(fā)現(xiàn)，越是遠(yuǎn)離赤道、處在冬季或者多云天氣，三維太陽(yáng)能電池的發(fā)電效果提升越顯著。參與研究的MIT材料科學(xué)與工程系研究生Marco Bernardi解釋說(shuō)，能量產(chǎn)出得以提升的根本原因在于當(dāng)太陽(yáng)靠近地平線時(shí)，比如清晨、傍晚和冬季，三維結(jié)構(gòu)的垂直面能夠收集到相當(dāng)多的陽(yáng)光。
　　計(jì)算機(jī)模擬表明，三維結(jié)構(gòu)越復(fù)雜效果越好，比如每個(gè)面都向內(nèi)凹的立方體，但這些結(jié)構(gòu)往往都不太好制造。不過(guò)研究人員表示，研究中使用的計(jì)算機(jī)算法也可以在較小的能量損失（10%~15%）下簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，比起性能的大幅提升，這一代價(jià)可能根本算不了什么。
　　研究人員承認(rèn)，目前這種三維結(jié)構(gòu)電池的成本高于普通太陽(yáng)能板，但超高的能量效率和穩(wěn)定的能量產(chǎn)出會(huì)彌補(bǔ)這一劣勢(shì)。他們強(qiáng)調(diào)，這一改進(jìn)的優(yōu)勢(shì)在于使能量產(chǎn)出更加穩(wěn)定，可以預(yù)知，因此也更加容易接入電網(wǎng)。
　　Grossman認(rèn)為，這一創(chuàng)新走向應(yīng)用的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。他解釋說(shuō)：即便是10年前，這一想法從經(jīng)濟(jì)性角度上也是不可取的，因?yàn)樘��?yáng)能電池模塊太貴了。而眼下，65%的錢都花在了太陽(yáng)能電池的安裝、土地使用權(quán)以及其他設(shè)備上。因此，隨著成本下降，三維太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)將逐漸明顯。
　　專家評(píng)價(jià)指出，該研究從理論和試驗(yàn)兩方面證明了三維光伏元件在捕獲不同角度光線上的顯著優(yōu)勢(shì)，而其挑戰(zhàn)在于要用經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的方式大量生產(chǎn)這些元件。