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

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

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

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

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

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

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

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

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

為了測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。

雖然這個團(tuán)隊嘗試過一些更加復(fù)雜的設(shè)計，但是他們發(fā)現(xiàn)最簡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能板。他們將太陽能板粘到未切割的聚酰亞胺材料上，太陽能板之間預(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)計的太陽能板無法在密歇根大學(xué)制造，因為那樣的太陽能板又細(xì)又長，無法嵌入原型機(jī)。因此研究人員又考慮了別的方案。

優(yōu)化后的設(shè)計能夠被方便地拉長，讓小太陽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)行的太陽能發(fā)電模擬試驗，優(yōu)化后的設(shè)計和傳統(tǒng)的單軸追蹤型太陽能板效率相當(dāng)，比固定型的太陽能板高出36%。Shtein說，相同條件下，傳統(tǒng)的單軸追蹤型太陽能板比固定型的效率高40%，然而前者比后者重10倍多，無法承受大風(fēng)天氣。

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