“金字塔”透镜可从任何角度捕捉光线 以提高太阳能电池效率

2022年06月28日 16:20 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据New Atlas报道,太阳能电池是一种越来越重要的可再生能源,但仍有改进的余地。斯坦福大学的工程师们现在已经开发出一种金字塔形的透镜,可以将任何角度的阳光聚焦到太阳能电池上,使其从日出到日落都能收集能量。

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太阳能电池在阳光直射下工作效果最好,这意味着许多太阳能电池每天可能只有几个小时的良好发电量。其他电池通过主动移动以跟随太阳穿过天空来最大限度地延长其工作时间,但这将消耗能量并增加机械复杂性。

对于这项新研究,斯坦福大学的团队着手开发一种被动技术,可以收集从任何角度照射到它的阳光,并将其集中到下面的太阳能电池。最终的结果是一个倒金字塔形结构的阵列,该团队称之为轴向渐变折射率透镜(AGILE),它将形成一个层,取代太阳能电池的保护性顶面。

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在测试中,AGILE原型能够捕捉到90%以上照射到其表面的光线,将其聚焦,使其在到达太阳能电池时亮度提高三倍。该团队说,这个系统可以提高太阳能电池的效率,使它们能够收集间接的阳光,并在不太理想的天气和条件下提高其输出。

AGILE听起来很简单,但它背后的工程却相当复杂。每个小“金字塔”都是由不同的玻璃和聚合物堆积而成,具有不同的折射率--本质上,每一层都会将进入的光线弯曲到不同的程度。顶层的折射率很低,允许光线从任何角度进入,但每往下走一步,光线就会弯曲得更厉害,直到它集中在下面的太阳能电池上。侧面是镜子,将任何偏离的光线反弹到它需要去的地方。

这些多种材料也使该设备能够捕获从近紫外线到红外线的广泛光谱。该团队还必须确保这些材料能够很好地协同工作--例如,它们在受热时的膨胀速度相似,以避免设备开裂。即使使用几种材料,该团队也证明了AGILE可以被3D打印。

该团队表示,新系统可以帮助扩大可以使用太阳能的地方,同时减少成本和所需的土地。AGILE甚至可以改进航天器的太阳能电池。

该研究发表在《微系统与纳米工程》杂志上。

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