通常，太陽能光伏電池要么平鋪在房頂上，要么安裝在特殊的機動裝置上，始終朝向太陽。近日，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員提出了奇思妙想：把太陽能電池制造成三維結(jié)構(gòu)，比如方塊或者塔形。該研究結(jié)果也著實令人驚訝比起平板，在同樣的面積區(qū)域上，三維結(jié)構(gòu)太陽能電池產(chǎn)出的能量至少翻倍，最高可超過20倍。
　　這項同時基于計算機模擬和實物模型測試的研究發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。研究人員表示，通常情況下，三維結(jié)構(gòu)在任何空間有限的地方都有優(yōu)勢，比如擁擠的城市中。此外，在太陽能發(fā)電場也能得到應(yīng)用。論文高級作者、MIT副教授Jeffrey Grossman認為，這一思路對未來的光伏科技發(fā)展有重要意義。
　　據(jù)悉，該研究首次用系統(tǒng)分析和預(yù)測分析方法來解決三維結(jié)構(gòu)的效率問題。研究人員首先利用計算機算法研究了大量可能的三維結(jié)構(gòu)，同時開發(fā)出一套分析軟件在各種緯度和天氣條件下進行測試。隨后，他們在MIT一個實驗室的屋頂上搭建了3種不同的太陽能電池三維結(jié)構(gòu)，用于驗證模擬預(yù)測的準確性。
　　研究發(fā)現(xiàn)，越是遠離赤道、處在冬季或者多云天氣，三維太陽能電池的發(fā)電效果提升越顯著。參與研究的MIT材料科學(xué)與工程系研究生Marco Bernardi解釋說，能量產(chǎn)出得以提升的根本原因在于當太陽靠近地平線時，比如清晨、傍晚和冬季，三維結(jié)構(gòu)的垂直面能夠收集到相當多的陽光。
　　計算機模擬表明，三維結(jié)構(gòu)越復(fù)雜效果越好，比如每個面都向內(nèi)凹的立方體，但這些結(jié)構(gòu)往往都不太好制造。不過研究人員表示，研究中使用的計算機算法也可以在較小的能量損失（10%~15%）下簡化結(jié)構(gòu)，比起性能的大幅提升，這一代價可能根本算不了什么。
　　研究人員承認，目前這種三維結(jié)構(gòu)電池的成本高于普通太陽能板，但超高的能量效率和穩(wěn)定的能量產(chǎn)出會彌補這一劣勢。他們強調(diào)，這一改進的優(yōu)勢在于使能量產(chǎn)出更加穩(wěn)定，可以預(yù)知，因此也更加容易接入電網(wǎng)。
　　Grossman認為，這一創(chuàng)新走向應(yīng)用的時機已經(jīng)成熟。他解釋說：即便是10年前，這一想法從經(jīng)濟性角度上也是不可取的，因為太陽能電池模塊太貴了。而眼下，65%的錢都花在了太陽能電池的安裝、土地使用權(quán)以及其他設(shè)備上。因此，隨著成本下降，三維太陽能電池的優(yōu)勢將逐漸明顯。
　　專家評價指出，該研究從理論和試驗兩方面證明了三維光伏元件在捕獲不同角度光線上的顯著優(yōu)勢，而其挑戰(zhàn)在于要用經(jīng)濟廉價的方式大量生產(chǎn)這些元件。