本文摘要:一般来说,太阳能光伏电池要么平铺在屋顶上,要么安装在类似的移动设备上,始终面向太阳。

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一般来说,太阳能光伏电池要么平铺在屋顶上,要么安装在类似的移动设备上,始终面向太阳。最近,麻省理工学院(MIT)的研究人员明确提出了一个奇妙的想法:将太阳能电池制成三维结构,如正方形或塔式。这项研究的结果令人惊讶。与平板相比,在一定面积内,三维太阳能电池的能量输出减少到至少20倍。

这项基于计算机模拟和物理模型试验的研究发表在《能源与环境科学》杂志上。研究人员回应说,一般来说,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。

此外,它还可以用于太阳能发电厂。该论文的资深作者、麻省理工学院副教授杰弗里格罗斯曼(JeffreyGrossman)指出,这一想法对光伏技术的未来发展具有最重要的意义。据报道,三维结构的效率首次通过系统分析和预测分析来解决。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,并开发了一套分析软件,在各种纬度和天气条件下进行测试。

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然后,他们在麻省理工学院的一个实验室的屋顶上建立了三个不同的太阳能电池三维结构,以测试模拟预测的准确性。发现越靠近赤道,在冬季或阴天,3D太阳能电池的发电效果会越明显。参与研究的麻省理工学院材料科学与工程系研究生马可伯纳迪(MarcoBernardi)解释说,提高能源产量的根本原因是,当太阳接近地平线时,如清晨、傍晚和冬季,三维结构的垂直面需要收集相当多的阳光。

计算机模拟指出,三维结构越简单效果越好,比如面向内凹的立方体,但这些结构往往很难产生。但是研究人员回应说,研究中使用的计算机算法也可以以较小的能量损失(10%~15%)修改结构,与性能的大幅提高相比,这显然可能算不了什么。研究人员否认这种立体结构电池的成本比普通太阳能电池板低,但超高的能效和稳定的产能不会填补这一劣势。他们特别强调,这种改进的优势在于,能源生产更加稳定和可预测,因此更容易终止电网。

格罗斯曼指出,将这一理念应用于南北的时机已经成熟。他解释说:即使在十年前,从经济角度来看,这也没有错,因为太阳能电池组件太贵了。目前,65%的资金用于安装太阳能电池、土地使用权等设备。因此,随着成本的上升,三维太阳能电池的优势将逐渐变得明显。

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根据专家评估,本研究从理论和实验两方面证明了3D光伏元件在捕获不同角度的光方面的明显优势,其挑战在于以经济和廉价的方式大规模生产这些元件。

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