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跟向日葵学习利用太阳能

作者: 陈乐 来源: 中国科学报 发表时间: 2012-08-23 已浏览 字号:

 

    太阳东升西落,向日葵也会跟着从东向西转。随着太阳的移动,向日葵的每片花瓣都能尽可能多地获得阳光照射。这就是所谓的向日性。

    最近,这种自然现象引起了美国威斯康星大学麦迪逊分校的工程学教授江洪睿的兴趣,他试图让下一代太阳能系统模仿这种被动的向日性,从而吸收更多太阳能。在初步测试中,这种新型太阳能电池板效率提高了高达10%。

    实际上,现在的太阳能电池板也有一些通过追踪太阳位置获得了更高的效率,但基本都是采取GPS定位、马达驱动定位板等主动追踪模式,虽然可以获得更多的能量,但其本身也需要消耗能量。

    不同于此,江洪睿采取了一种被动的方式——利用特殊材料的特性使太阳能板被动地朝向阳光最充足的方向,无须发动机和电路,没有额外的能源消耗。

    他所使用的特殊材料就是液晶弹性体(LCE)和碳纳米管,前者在受热时会收缩,而后者可以吸收光线中大范围的波长。江洪睿表示:“碳纳米管可以吸收非常广泛的波长,从可视光到红外线,因此我们可以利用它使阳光直接成为驱动力。”

    在他的设计中,一面太阳能板配备了多个驱动器,每个驱动器都由一个LCE和多个碳纳米管组成。其中,碳纳米管围绕在LCE周围,随着吸收光线,碳纳米管逐渐升温,进而使LCE收缩,整个装置随之朝向阳光最强的方向弯曲。

    随着太阳的移动,驱动器会逐渐冷却并重新扩张,而新的驱动器会随着光线的聚焦收缩,导致装置再度向最强光的方向弯曲。因此,整个太阳能板可在白天发生180度的转向。“也就是说太阳去哪儿,太阳能板就跟着转向哪儿。”江洪睿说。

    江洪睿的设计发表在8月份的《先进功能材料》上,并入选了《自然》杂志“研究亮点”栏目。

    据悉,江洪睿设计中使用的材料近年来才出现,其团队一直努力提高材料性能,使之能够驱动更大的太阳能板。最终,江洪睿希望能看到这种太阳能板大规模出现在大型太阳能发电场中。

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