在屋顶上放置聚光太阳能电池

高效聚光太阳能电池可能即将移至屋顶

对于集中式太阳能（CSP）的拥护者来说，将集中式太阳能电池放在屋顶上必须看起来像是一个一流的想法，实际上，这早就应该探索了。尤其是，如果解决了尺寸问题，宾夕法尼亚州立大学团队将采用一种破坏性的纳米级太阳能聚集技术来管理这一方法，该技术可能会改变所有屋顶可再生能源的利用方式。

宾夕法尼亚州立大学电气工程学助理教授Noel C.Giebink是这样看待这个问题的：

聚光光伏（CPV）系统通过使用廉价的光学器件将阳光聚光到多结太阳能电池上，从而有效利用了多结太阳能电池的成本，宾夕法尼亚州立大学电气工程学助理教授Noel C. Giebink说。“当前的CPV系统只有广告牌大小，必须非常精确地指向以全天跟踪太阳。但是，您不能在屋顶上放置这样的系统，因为屋顶是全世界安装大多数太阳能电池板的地方。

在户外测试的原型面板的照片。在特写镜头中每个小透镜下方看到的黑色小方块是太阳能电池。图片：©自然通讯

Giebink指出，典型的硅太阳能电池的成本下降使它们在太阳能总成本中所占的比例越来越小，其中还包括“软”成本，例如许可，布线，安装和维护，这些成本随着时间的推移一直保持不变。使用多结点CPV将电池效率从硅的约20％提高到大于40％十分重要，因为增加给定系统产生的功率会降低其产生的电能的总成本。

如果进行广泛的制造，可以想象，制造和安装屋顶太阳能系统的总成本将进一步降低，从而为更大的客户群打开了市场。

了解首先要在屋顶上启用CPV并非易事。为了实现这一目标，研究人员将小型化的砷化镓光伏电池和3D打印的塑料透镜阵列结合在一起，加上以下关键要素：一种可移动的聚焦机制，以减小CPV系统的尺寸，重量和成本，并创造出类似于传统太阳能电池板的东西可以放置在建筑物屋顶朝南的一侧。

有关此问题的所有结果已在2月5日的《自然通讯》杂志上发表。这项研究的资金来自美国能源部。

“我们与伊利诺伊大学的同事建立了合作关系，因为他们是制造小型，高效多结太阳能电池的专家，” Giebink在宾州州立大学的文章中说。“这些电池小于1平方毫米，以大批平行批次制造，然后将它们的阵列转移到玻璃或塑料薄片上。”

为了将阳光聚焦在细胞阵列上，研究人员将它们嵌入一对3D打印的塑料小透镜阵列之间。顶部阵列中的每个小透镜都像一个小放大镜，并且与底部阵列中的一个小透镜相匹配，后者起着凹面镜的作用。将每个微小的太阳能电池都放在此二人组的焦点上，太阳光会增强200倍以上。由于焦点在一天的过程中与太阳一起移动，因此中间的太阳能电池板会在小透镜阵列之间横向滑动，从而进行跟踪。

微电池光伏电池的微跟踪微电池CPV面板阵列的示意图，通过转移印刷在中央丙烯酸板上，该丙烯酸板上通过在固定的上下丙烯酸小透镜阵列之间横向滑动来跟踪太阳（来源：自然通讯

研究人员在宾夕法尼亚州州立大学进行了一天的测试，测试了他们的原型集中器面板。即使印刷的塑料镜片不符合规格，它们也能够显示超过100倍的太阳光浓度。

我们期待着报告聚光太阳能电池的未来发展。世界各地的屋顶可能会成为引人注目的试验场。

图片来自宾夕法尼亚州立和自然通讯