世界各地的大量研究都致力于提高太陽能電池的性能以及降低成本，但是極少有人關(guān)注怎樣更為合理地進(jìn)行太陽能電池排列。通常，光伏組件被平鋪到屋頂或者其他建筑表面，有時(shí)還會(huì)被連接到電動(dòng)結(jié)構(gòu)上，保證其時(shí)刻朝向太陽。
現(xiàn)在，麻省理工的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)想出了一個(gè)非常與眾不同的方法，那就是建造立方體或者塔狀結(jié)構(gòu)以便通過三維立體基陣來向上延伸太陽能電池。在遠(yuǎn)離赤道的地方、冬季以及多云的天氣等條件下最需要提高太陽能光伏發(fā)電。此次新發(fā)現(xiàn)已經(jīng)通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)和戶外實(shí)模測(cè)試。
麻省理工研究小組最初通過電腦運(yùn)算來探索大量可能的基陣，并開發(fā)一個(gè)分析軟件，該軟件能夠?qū)Σ煌暥?、季?jié)和天氣條件下給定的立體基陣進(jìn)行測(cè)試。然后，為了對(duì)模型預(yù)測(cè)進(jìn)行確認(rèn)，他們?cè)诼槭±砉W(xué)院實(shí)驗(yàn)樓屋頂上建造了三種不同的太陽能電池陣列，并進(jìn)行了幾周的測(cè)試。
在產(chǎn)生同等電量的情況下，這些三維組件的發(fā)電成本超出了普通平面電池板。雖然如此，它卻可以在每一天、每個(gè)季節(jié)甚至是多云的天氣條件下產(chǎn)生更多的電量。這些改進(jìn)可以使能量輸出更為均衡，并更具可預(yù)見性，其并網(wǎng)也會(huì)比傳統(tǒng)系統(tǒng)更為簡易。
這些三維光伏組件模型能量輸出的提高以及隨時(shí)間變化保持均衡電量輸出的基本物理原理在于，當(dāng)太陽接近地平線的時(shí)候，這些三維結(jié)構(gòu)的垂直表面在早上、晚上以及冬季能夠吸收更多的太陽光。
由于太陽能電池的價(jià)格已經(jīng)比附屬支撐結(jié)構(gòu)價(jià)格如布線和安裝更為便宜，因此采用這類創(chuàng)新系統(tǒng)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。隨著太陽能電池自身成本的快速下降，三維太陽能組件系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)也會(huì)相應(yīng)越發(fā)凸顯。目前，光伏發(fā)電高達(dá)65%的成本都用于安裝、獲取用地許可證以及其他電池以外的零部件。
雖然電腦模擬測(cè)試表明復(fù)雜的電池板形狀能夠帶來最大的優(yōu)勢(shì)，如一個(gè)每面都向內(nèi)凹的立方體，但是這些立體基陣卻是很難制造的。
研究小組在屋頂測(cè)試試驗(yàn)中對(duì)簡單立方體和較為復(fù)雜的手風(fēng)琴型塔狀基陣都做了分析。測(cè)試結(jié)果顯示，在多云的天氣條件下，三維立體模擬測(cè)試組件產(chǎn)生的電量要大大超出傳統(tǒng)平面電池板。研究小組測(cè)試的最高的結(jié)構(gòu)莫過于手風(fēng)琴形狀的模擬塔，它可以以扁平狀進(jìn)行運(yùn)輸，到達(dá)目的地后可展開。這樣的塔形結(jié)構(gòu)可以安裝在停車場(chǎng)，成為電動(dòng)汽車充電站。
目前，該項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在能源與環(huán)境科學(xué)期刊。
