美國(guó)密西根理工大學(xué)(Michigan Technological University)的研究人員以及加拿大皇后大學(xué)(Queen’s University)的一支研究團(tuán)隊(duì)最近發(fā)現(xiàn)一種可在太陽能電池板上聚集更多陽光的方法，據(jù)稱可使其提升30%或更高的轉(zhuǎn)換效率。
這項(xiàng)研究發(fā)表于電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)所屬的《太陽光電》(Photovoltaics)期刊。
“我們正致力于從系統(tǒng)的角度來看這項(xiàng)研究，”密西根理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系以及電子與電腦工程系副教授Joshua Pearce表示，這項(xiàng)研究著重于整體系統(tǒng)而不只是個(gè)別的太陽能板，主要的原因在于目前在地面上安裝的太陽能板陣列“太浪費(fèi)空間了！”
安裝在大型太陽能發(fā)電廠的標(biāo)志性太陽能板之間總會(huì)間隔開來，以避免彼此遮蔽。當(dāng)陽光照射在太陽光電系統(tǒng)時(shí)，輸送電力到電網(wǎng)中，而當(dāng)光線落在太陽能板排與排之間的地上時(shí)，當(dāng)然也損失了大量的潛在能源。解決之道相當(dāng)簡(jiǎn)單，Pearce說：“用反射器填滿排與排之間的空間，讓陽光反彈回太陽能板上。”
然而，這種反射器或平面集中器目前并未被廣泛使用。
“太陽能板通常保固使用20至30年，”Pearce解釋，這種保固通常只保證某些特定情況。“因此，如果你能用反射器讓太陽能板聚集更多陽光，就能夠取得較好的溫度擺動(dòng)以及不均勻的照明，但簡(jiǎn)單的反射器鏡面可能會(huì)對(duì)于這種效果產(chǎn)生錯(cuò)誤預(yù)測(cè)。
對(duì)于太陽能電場(chǎng)業(yè)者來說，由于潛在熱點(diǎn)的不確定性，目前利用反射器的效果不佳。Pearce以及其他研究人員發(fā)現(xiàn)了一種利用雙向反射(BDRF) 功能進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。
BDRF經(jīng)常被用于電影和視訊游戲中，創(chuàng)造出更多逼真的電腦產(chǎn)生影像(CGI)人物與場(chǎng)景。BDRF程式可描述光線如何在不規(guī)則的表面上反彈，以及預(yù)測(cè)光線如何散射，從而創(chuàng)造出間接的光照與陰影。
Pearce與其他研究人員為其太陽能板研究建立了一個(gè)BDRF模型，可預(yù)測(cè)反射器能反彈多少陽光量，以及反彈至太陽能板陣列的哪一個(gè)位置后發(fā)光。
太陽能板上的熱輻射讀數(shù)讓研究人員更能掌握如何提高太陽能系統(tǒng)聚光效率
“即使看起來就像完美的鏡子一樣，但真正的表面并不一定如此，” Pearce解釋，“因此，我們將BDRF模型應(yīng)用在這些材料上，讓它散射光線。”
在展示這些反射器如何散射光線后，研究人員開始嘗試使用反射器與太陽能板。結(jié)果成效比預(yù)期的更好，這些反射器大幅提高了太陽能系統(tǒng)的輸出效率。
“在這背后的數(shù)學(xué)十分復(fù)雜，”Pearce解釋，研究團(tuán)隊(duì)希望“驗(yàn)證這些可預(yù)測(cè)的模型，使太陽能產(chǎn)業(yè)可以開始利用我們的公式來設(shè)計(jì)出更好的太陽能電場(chǎng)。”
該研究團(tuán)隊(duì)并在加拿大安大略省京士頓(Kingston, Ontario)的太陽能戶外測(cè)試場(chǎng)(Open Solar Outdoors Testing Field)實(shí)地測(cè)試這個(gè)模型。結(jié)果顯示可在其他人預(yù)測(cè)有問題的太陽能板上照射更多陽光。
采用標(biāo)準(zhǔn)太陽能板，在最佳角度不傾斜時(shí)可增加約45%的效率。即使是最角度傾斜的太陽能板也能提高約18%的效率。此外，這項(xiàng)模擬也顯示以最佳反射器能夠達(dá)到30%或更好的輸出效率。
“我們花費(fèi)了大量的心血、汗水和淚水，期望能使得太陽能板盡可能達(dá)到最高效率，”Pearce說：“我們?nèi)绱说匦量嘌芯浚仓荒茉谀＝M上提高幾個(gè)百分點(diǎn)；而在系統(tǒng)級(jí)卻輕輕松松地實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)的回報(bào)。”
透過這項(xiàng)研究成果，在系統(tǒng)級(jí)如此大幅地提升聚光效率，可望應(yīng)用于改變太陽能板的安裝方式，同時(shí)，還能提高經(jīng)濟(jì)效益與投資報(bào)酬率，甚至還可能大幅改造現(xiàn)有的太陽能電場(chǎng)。
Pearce強(qiáng)調(diào)：“我們目前的主要目標(biāo)在于為太陽能電場(chǎng)開發(fā)人員提供所需的資料，讓他們能用于修改其太陽能場(chǎng)的配置，以及提高輸出效率與營(yíng)收達(dá)三分之。”