美國大學(xué)借鑒向日葵的被動向日性提高電池效率

2012-08-23 08:32:14         來源:中國科學(xué)報     瀏覽次數(shù):

  太陽東升西落,向日葵也會跟著從東向西轉(zhuǎn)。隨著太陽的移動,向日葵的每片花瓣都能盡可能多地獲得陽光照射。這就是所謂的向日性。

  最近,這種自然現(xiàn)象引起了美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的工程學(xué)教授江洪睿的興趣,他試圖讓下一代太陽能系統(tǒng)模仿這種被動的向日性,從而吸收更多太陽能。在初步測試中,這種新型太陽能電池板效率提高了高達(dá)10%。

  實際上,現(xiàn)在的太陽能電池板也有一些通過追蹤太陽位置獲得了更高的效率,但基本都是采取GPS定位、馬達(dá)驅(qū)動定位板等主動追蹤模式,雖然可以獲得更多的能量,但其本身也需要消耗能量。

  不同于此,江洪睿采取了一種被動的方式--利用特殊材料的特性使太陽能板被動地朝向陽光最充足的方向,無須發(fā)動機(jī)和電路,沒有額外的能源消耗。

  他所使用的特殊材料就是液晶彈性體(LCE)和碳納米管,前者在受熱時會收縮,而后者可以吸收光線中大范圍的波長。江洪睿表示:“碳納米管可以吸收非常廣泛的波長,從可視光到紅外線,因此我們可以利用它使陽光直接成為驅(qū)動力。”

借鑒向日葵的被動向日性以提高電池效率

  在他的設(shè)計中,一面太陽能板配備了多個驅(qū)動器,每個驅(qū)動器都由一個LCE和多個碳納米管組成。其中,碳納米管圍繞在LCE周圍,隨著吸收光線,碳納米管逐漸升溫,進(jìn)而使LCE收縮,整個裝置隨之朝向陽光最強(qiáng)的方向彎曲。

  隨著太陽的移動,驅(qū)動器會逐漸冷卻并重新擴(kuò)張,而新的驅(qū)動器會隨著光線的聚焦收縮,導(dǎo)致裝置再度向最強(qiáng)光的方向彎曲。因此,整個太陽能板可在白天發(fā)生180度的轉(zhuǎn)向。“也就是說太陽去哪兒,太陽能板就跟著轉(zhuǎn)向哪兒。”江洪睿說。

  江洪睿的設(shè)計發(fā)表在8月份的《先進(jìn)功能材料》上,并入選了《自然》雜志“研究亮點”欄目。

  據(jù)悉,江洪睿設(shè)計中使用的材料近年來才出現(xiàn),其團(tuán)隊一直努力提高材料性能,使之能夠驅(qū)動更大的太陽能板。最終,江洪睿希望能看到這種太陽能板大規(guī)模出現(xiàn)在大型太陽能發(fā)電場中。

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編輯:Nausica

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