密歇根大學(xué)的研究人員將日本剪紙藝術(shù)應(yīng)用到太陽(yáng)能電池板的設(shè)計(jì)中，讓后者能夠追蹤陽(yáng)光。一塊扁平的太陽(yáng)能板在拉伸后，能變成波浪狀的相連帶狀物。太陽(yáng)能電池的彎曲角度取決于拉伸的力度。這是一種追蹤陽(yáng)光的簡(jiǎn)便方法。

如果太陽(yáng)能電池能跟著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，那么它們就能多收集40%的太陽(yáng)能。但是傳統(tǒng)的機(jī)動(dòng)跟蹤裝置比較笨重，不適合屋頂?shù)男逼?，也不適合太陽(yáng)能汽車。

密歇根大學(xué)的研究人員將日本剪紙藝術(shù)應(yīng)用到太陽(yáng)能電池板的設(shè)計(jì)中，讓后者能夠追蹤陽(yáng)光。一塊扁平的太陽(yáng)能板在拉伸后，能變成波浪狀的相連帶狀物。太陽(yáng)能電池的彎曲角度取決于拉伸的力度。這是一種追蹤陽(yáng)光的簡(jiǎn)便方法。圖片來(lái)源：Aaron Lamoureux

現(xiàn)在，來(lái)自日本的古老剪紙藝術(shù)為美國(guó)密歇根大學(xué)的科研人員帶來(lái)了靈感。他們發(fā)明出了一種能夠追蹤陽(yáng)光的太陽(yáng)能電池。

這篇文章發(fā)表在《自然?通訊》期刊上。文章的第一作者，來(lái)自材料科學(xué)與工程學(xué)院的研究生Aaron Lamoureux說(shuō)道：“我們的設(shè)計(jì)能做到像普通追蹤型太陽(yáng)能電池那樣追蹤陽(yáng)光，并且我們的太陽(yáng)能電池板非常扁平。”

根據(jù)美國(guó)能源部的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)民用屋頂太陽(yáng)能電池板占所有太陽(yáng)能板安裝量的百分之八十五。然而如果要這些美國(guó)家庭安裝傳統(tǒng)的跟蹤型太陽(yáng)能電池板，那么就必須要對(duì)他們的屋頂進(jìn)行大費(fèi)周章的加固。

由密西根大學(xué)的工程師和藝術(shù)家組成的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種太陽(yáng)能電池板，這種太陽(yáng)能電池板是由一排排小太陽(yáng)能板構(gòu)成的。每個(gè)小太陽(yáng)能板都能夠隨著陽(yáng)光變形并改變朝向，做到盡量讓表面垂直于陽(yáng)光。

材料科學(xué)與工程學(xué)院的副教授Max Shtein是這樣評(píng)價(jià)這種太陽(yáng)能電池板的：“從一個(gè)安裝這種太陽(yáng)能電池板的人的角度看，我們的設(shè)計(jì)的美學(xué)在于不需要對(duì)屋頂進(jìn)行改造。”真正被改造的地方是太陽(yáng)能電池板內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)——整塊太陽(yáng)能板分化成了一小片一小片的太陽(yáng)能板，而每片小太陽(yáng)能板都能夠跟蹤陽(yáng)光。

太陽(yáng)能電池研究人員正在研究增加太陽(yáng)能板對(duì)太陽(yáng)曝光面積的方法。當(dāng)太陽(yáng)能板相對(duì)陽(yáng)光呈某個(gè)角度時(shí)，它的面積看上去就比較小。在陽(yáng)光斜射時(shí)，通過(guò)讓小太陽(yáng)能板表面彎曲并分散開來(lái)的方式，太陽(yáng)能板整體的吸收率就能有效提高。

為了測(cè)試這種想法是否可行，工程師們與剪紙藝術(shù)家Matthew Shlian合作。Shlian是藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院的講師。Shlian向Lamoureux和Shtein展示了如何用繪圖切割機(jī)制作出圖中的那種造型。Lamoureux接著用二氧化碳激光器在航天材料聚酰亞胺上切割出了更精細(xì)的圖樣。

雖然這個(gè)團(tuán)隊(duì)嘗試過(guò)一些更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)，但是他們發(fā)現(xiàn)最簡(jiǎn)單的圖樣反而效果最好。上面被劃上一道一道橫條的聚酰亞胺材料能夠被拉成一張“網(wǎng)”。而這些互相連結(jié)的聚酰亞胺“帶”能夠隨著“網(wǎng)”的拉伸情況進(jìn)行相應(yīng)的彎曲，以便與陽(yáng)光達(dá)到最佳的交叉角度。

電氣工程學(xué)院的Kyusang Lee與Lamoureux合作制造了專為這種圖樣定制的太陽(yáng)能板。他們將太陽(yáng)能板粘到未切割的聚酰亞胺材料上，太陽(yáng)能板之間預(yù)留出切割的空間。接著，Lamoureux就用激光器切割出上述的圖樣。

帶有最佳圖樣設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能板無(wú)法在密歇根大學(xué)制造，因?yàn)槟菢拥奶?yáng)能板又細(xì)又長(zhǎng)，無(wú)法嵌入原型機(jī)。因此研究人員又考慮了別的方案。

優(yōu)化后的設(shè)計(jì)能夠被方便地拉長(zhǎng)，讓小太陽(yáng)能板能夠極度扭曲又不至于變得太窄。根據(jù)他們夏至?xí)r在亞利桑那州進(jìn)行的太陽(yáng)能發(fā)電模擬試驗(yàn)，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的單軸追蹤型太陽(yáng)能板效率相當(dāng)，比固定型的太陽(yáng)能板高出36%。Shtein說(shuō)，相同條件下，傳統(tǒng)的單軸追蹤型太陽(yáng)能板比固定型的效率高40%，然而前者比后者重10倍多，無(wú)法承受大風(fēng)天氣。

“我們認(rèn)為新設(shè)計(jì)的潛力巨大，我們正在將它投入實(shí)際的應(yīng)用中去。它最終能降低太陽(yáng)能的成本?！?