导读
最近，美国堪萨斯大学（University of Kansas）建筑与设计学院光伏材料如何在公共设施中降低能耗的两名博士生在设计研究中心进行的实验中，演示了捕捉太阳光的两种优化方案。
背景
近些年来，全球气候变暖引起了人类的广泛关注和忧虑。导致全球气候变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的二氧化碳等多种温室气体。全球变暖使得全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。
（图片来源：维基百科）
人们已经开始意识到要摆脱矿物燃料，开发既有创新性又有经济效益的可再生能源技术。作为新能源的代表，太阳能具备清洁、环境友好、可再生、易于获取、低成本等优势。太阳能技术发展越来越快，应用领域越来越宽广。笔者之前的多篇文章都介绍过有关太阳能的前沿创新技术。
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创新
最近，美国堪萨斯大学（University of Kansas）建筑与设计学院的两名博士生在设计研究中心进行的实验中，演示了捕捉太阳光的优化方案。
（图片来源：Rick Hellman / 堪萨斯大学）
技术
首先，我们看看 Mohammed Alshayeb 的研究。他的研究表明：绿色屋顶可以提升太阳能面板的性能。一开始的时候，他就在考虑如何才能提升太阳能面板的性能。他说：“光伏面板的效率是在77华氏度（25摄氏度）的条件下测量。温度每提高一度温度，其性能都会下降。”
当温度超过77华氏度以后，Alshayeb 在考虑是否有一种“从面板中提取热量”的方法。大多数的太阳能面板都安装在屋顶，因此 Alshayeb 决定比较三种不同屋顶材料对于面板性能的影响，它们分别是：高发射（白色）、传统（黑色）以及覆盖植物的（绿色）。
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CDR 屋顶大多数覆盖着景天植物，它们种植在托盘中。所以，Alshayeb 在那里建立了试验台，在绿色屋顶及其附近的白色和黑色区域，安装着一个太阳能面板监测系统。同时，他也安装了温度、湿度和光线传感器，以及一个气象站，以便记录风速等气象条件。一年之内，传感器每五分钟记录一次结果，然后 Alshayeb 会去分析这些数据。
他的发现是：与喜欢白色屋顶多过黑色屋顶的行业习惯相反，因为白色屋顶朝着其上方面板反射热量，它们实际上稍稍降低了太阳能面板的效率。然而，相比于覆盖植物的绿色屋顶，高反射面板和传统面板材料之间没有明显差异。安装在绿色屋顶上的面板性能最好，比白色和黑色屋顶产生的能量要高1.4%。
Alshayeb 的指导老师、建筑系副教授 Jae D. Chang 表示：“在这个领域有许多研究，但是都没有他研究的广泛。下一步就是观察增加屋顶上的面板高度所产生的影响。”然后，我们再看看 Chang 的另外一名学生 Afnan Barri 的研究。他的研究想要想提高光架的性能。传统的光架是固定的、水平安装的面板，它可以安装在窗户的内外两侧，从而反射和重定向室内光线。光架可以降低人工照明和电力的使用。
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传统的固定光架系统效果有限，因为它们只能在太阳对地球的角度正确的时候起作用。之前的实验显示：比起传统固定的、平面光架，可移动的和曲面的光架散射太阳光的效率更高。这就是Barri 的动态热适应曲面光架金年会官网（DTACL）的创意来源。她考虑：“如果有一个系统可以结合所有这些方法，提高一整天进入建筑物的自然光线，而又无需机械和电气控制，并且与现有的可移动系统不同，那又会怎么样光伏材料如何在公共设施中降低能耗金年会6766？”
她的项目包括：计算机仿真和现场实验，在不同天气条件下，于堪萨斯大学校园内，为时一年采集与 DTACL 系统性能相关的有价值数据。在CDR的草坪上，她创建并安放了四个实验房间，大小如同冰箱一般，并配备有传感器和光架。三个房间中安放的光架配置不同，其中一个DTACL系统使用适应性的复杂材料。这种材料也称为“热适性”（Thermadapt）材料，这种材料由 Ronald P. Barrett 发明，并由他和他的儿子堪萨斯大学工程教授 Ron Barrett-Gonzalez 创办的公司进行商业化。Thermadapt 会根据热量、太阳光改变形状，向上弯曲。当冷却下来以后，它又会重新变平。
Barri 推理，比起固定的系统，DTACL 系统将会使得光线更高效地传送到建筑物内部，而且她的初步成果已经证明了这一点。
她说：“我们仍然在采集、对比和分析这些数据。然而，基于两个月的初步研究和计算仿真，采用DTCAL系统的室内光线强度是传统固定的光架的两倍金年会app。”
这位沙特阿拉伯人说道：“我要将它带到海外，在更加极端的温度条件下展开实验。”价值这两项研究都有助于太阳光的捕捉，同时也提升了太阳能的利用效果。未来，这些研究有望进一步推进太阳能技术的发展和应用。
关键字
太阳能、新能源、材料
参考资料
【1】https://news.ku.edu/2017/12/22/experiments-boost-solar-power
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