美國康奈爾大學HelioSkin：可追蹤光線的仿生定制太陽能電池板

南極熊導讀：太陽能已被證明是一種可靠的可再生能源,。大型太陽能電池板,，無論是安裝在屋頂還是田野中,，都能夠捕獲太陽的重要光線，并將它們轉(zhuǎn)化為電能,。這種現(xiàn)象如今并不罕見,。然而，有一些人認為傳統(tǒng)的太陽能板難看不愿意使用,。為了克服這一挑戰(zhàn),，科學家正在尋找辦法。

△3D打印仿生太陽能電池板原型效果圖

2025年3月7日,，南極熊獲悉,，美國康奈爾大學的研究人員正在利用3D打印開發(fā)HelioSkin，這是一種可貼合的仿生光伏技術(shù),，可以包裹在各種結(jié)構(gòu)和形狀上,。

HelioSkin項目背后的團隊匯聚了來自多個學科的研究人員，包括項目負責人Jenny Sabin（建筑,、藝術(shù)與規(guī)劃學院的建筑學教授）,、Itai Cohen（藝術(shù)與科學學院的物理學教授）以及 Adrienne Roeder（綜合植物科學學院的植物生物學系教授）。這個項目的最終目標是開發(fā)出更具視覺吸引力,，且易于集成的太陽能電池板,，這些電池板采用仿生設計，能夠真正地跟蹤太陽的運動,。

Sabin表示：“自然并不追求效率,，它更注重彈性。生物學是長期的過程,，時間跨度更大,。此外，研究表明,，能夠追蹤太陽的植物在光合作用方面具有優(yōu)勢,。我們認為,，這是一種非常有效的思考建筑可持續(xù)性和彈性的方法�,！�

△從左至右：建筑學教授Jenny Sabin,；研究助理Jeeya Savani,；博士后研究員Avilash Singh Yadav,；物理學教授Itai Cohen

可追蹤光線的仿生太陽能電池板項目開發(fā)階段

盡管HelioSkin的長期愿景是利用卷對卷打印技術(shù)，按公里打印出類似折紙的柔性光伏板,，并將它包裹在建筑物上,，以減少建筑業(yè)對生態(tài)環(huán)境的影響，但在當前的開發(fā)階段,，團隊正專注于較小規(guī)模的項目,。他們利用計算設計和3D打印等數(shù)字制造工藝來創(chuàng)建定制的過濾器和光伏板組件。

Cohen解釋說“我們的基本理念是嘗試以較低成本進行2D打印,，然后將它變形為三維形狀,，使它能夠彎曲并適應結(jié)構(gòu)。因為,，你不能簡單地用一張普通紙張來包裹物體,。它會產(chǎn)生各種褶皺。例如,，如果你試圖用紙包裹一個橙子,，就會出現(xiàn)很多褶皺。我們創(chuàng)新的方法之一是將紙切割成面板和鉸鏈的圖案,，這樣它就能局部拉伸以適應這些圓形物體,。我們采用的第二種策略是使用織物來制作鉸鏈�,？椢镒銐蛉彳�,，可以實現(xiàn)類似鉸鏈的彎曲效果�,！�

△研究人員正在采用3D打印開發(fā)HelioSkin示意圖

目前,，該團隊正在啟動一項為期三年的試點項目，旨在開發(fā)用于后院的小型太陽能天篷HelioSkin,。這一項目得到了美國國家科學基金會的融合加速器計劃的支持,，并計劃在第二年完成全尺寸原型的開發(fā)。隨著試點項目的推進,，研究小組希望在項目結(jié)束時能夠進入太陽能電池板天篷商業(yè)化的早期階段,，為戶外電器和照明設備提供電力。

Roeder補充道：“HelioSkin體現(xiàn)了我們?nèi)绾问固�陽能更加吸引��,，讓人們真正意識到它的實用性和趣味性,。我們的目標是使它能夠變形并跟蹤光線,，從小型應用擴展到建筑規(guī)模�,！�

目前尚不明確增材制造技術(shù)將如何融入最終產(chǎn)品,，但可以確定的是，它已經(jīng)在開發(fā)可變形和柔性材料的過程中扮演了關(guān)鍵角色,。這些材料集成了光伏特性,，并能夠跟蹤光線以實現(xiàn)最佳效率。