利用剪纸原理的新型太阳能电池

想不到吧？一种新型的太阳能电池板设计理念竟然源于两样东西，那就是纸和剪刀！

美国密歇根大学的研究人员受日本剪纸艺术的启发，发明了一种晶格形状的太阳能电池。这种电池能像手风琴那样折叠起来，能根据太阳的位置倾斜并捕获更多的能量。他们的具体研究成果已于上周发表在了《自然通讯（NatureCommunications）》期刊上。

这项研究解决了太阳能电池阵列的一个基本问题：太阳会移动，而电池板则一般不会动。如此一来，太阳变换位置的时候，能量就流失了，除非电池板能安装在那种能跟随太阳移动的机械基座上。但那样的追随系统成本很高，“在房顶上根本没办法那么做。”该论文的合著者、密歇根大学工程师的MaxShtein如此说道。他与艺术家MattShlian合作，共同孕育出了这一设计。

这种太阳能电池是用柔性的砷化镓薄片制成的。当电池拉伸时，简单的二维平面样式就会弹出来变成三维的，以120度的范围来追踪太阳。这一概念与其它几种致力于推广更高效太阳能电池的概念设计不谋而合，比如那种可以用在窗户上的透明电池，以及可以到处粘贴的黏性电池等等。

Shtein称，这种薄片收集的太阳能比常规电池要多30%，但是，也要付出一点代价：这种太阳能电池板要比常规的大两倍。他说：“你要拉伸电池板，那么，就得有足够的空间来拉伸。”

与他合作的是一位能剪出更多复杂设计的艺术家，那么问题来了，为什么他们要去解决这么基本的问题呢？

Shtein说：“我们尝试过许多造型，最后发现，这种简单的造型其实是最好的一种。它能够按照自己的方式移动，而且不会造成遮蔽。”

就表面而言，剪纸艺术造型的电池板跟常规电池板并无二致，而能够伸展的部分夹在两个表面之间。

美国国家可再生能源实验室负责评估太阳能电池板设计与性能的科学家KeithEmery称这一概念“怪异”、“聪明”而且是“我所见到过的最奇怪的设计之一”。

Emery指出，密歇根大学的这篇论文只是进行了概念验证。如果要在实验室以外的地方制造出剪纸艺术型电池，还有许多未知的状况，并可能存在许多问题。材料能否经受得起昼夜伸缩的力度？能否耐受极端温度？将电池往复移动的硬件和能量又从哪里来？

他就材料的力学性能说：“现在还不知道它能否在野外使用25年。”

Shtein则称，拉伸面板只需要很少的能量，因此发动机不需要很大，但是他也承认这种设计要进入现实世界之前还要做许多工作。他说，实验室里测试的电池与一张纸币的大小差不多，因此，下一步他们将会以更大尺度的面板来测试他们的概念。

这一概念有可能会让屋顶的太阳能电池板变得更加高效，但是，Shtein称，近期来看，这一设计对小型太空用途而言，可行性会更高。比如说，太阳追踪技术对于一个移动的物体（如卫星）非常重要。

剪纸艺术型面板还有一个优点就是重量轻，因此，对特种用途很有吸引力。但是，第一步就是要证明这一概念的可行性。Shtein说他计划更进一步往前推进：“我们对此相当乐观。”