研究人员利用双向反射模型提高PV聚光效率

美国密西根理工大学(Michigan Technological University)的研究人员以及加拿大皇后大学(Queen’s University)的一支研究团队最近发现一种可在太阳能电池板上聚集更多阳光的方法，据称可使其提升30%或更高的转换效率。
这项研究发表于电机电子工程师学会(IEEE)所属的《太阳光电》(Photovoltaics)期刊。

"我们正致力于从系统的角度来看这项研究，"密西根理工大学材料科学与工程系以及电子与电脑工程系副教授Joshua Pearce表示，这项研究着重于整体系统而不只是个别的太阳能板，主要的原因在于目前在地面上安装的太阳能板阵列"太浪费空间了！"

安装在大型太阳能发电厂的标志性太阳能板之间总会间隔开来，以避免彼此遮蔽。当阳光照射在太阳光电系统时，输送电力到电网中，而当光线落在太阳能板排与排之间的地上时，当然也损失了大量的潜在能源。解决之道相当简单，Pearce说："用反射器填满排与排之间的空间，让阳光反弹回太阳能板上。"

然而，这种反射器或平面集中器目前并未被广泛使用。

"太阳能板通常保固使用20至30年，"Pearce解释，这种保固通常只保证某些特定情况。"因此，如果你能用反射器让太阳能板聚集更多阳光，就能够取得较好的温度摆动以及不均匀的照明，但简单的反射器镜面可能会对于这种效果产生错误预测。

对于太阳能电场业者来说，由于潜在热点的不确定性，目前利用反射器的效果不佳。Pearce以及其他研究人员发现了一种利用双向反射(BDRF) 功能进行预测的方法。

BDRF经常被用于电影和视讯游戏中，创造出更多逼真的电脑产生影像(CGI)人物与场景。BDRF程式可描述光线如何在不规则的表面上反弹，以及预测光线如何散射，从而创造出间接的光照与阴影。

Pearce与其他研究人员为其太阳能板研究建立了一个BDRF模型，可预测反射器能反弹多少阳光量，以及反弹至太阳能板阵列的哪一个位置后发光。

太阳能板上的热辐射读数让研究人员更能掌握如何提高太阳能系统聚光效率

"即使看起来就像完美的镜子一样，但真正的表面并不一定如此，" Pearce解释，"因此，我们将BDRF模型应用在这些材料上，让它散射光线。"

在展示这些反射器如何散射光线后，研究人员开始尝试使用反射器与太阳能板。结果成效比预期的更好，这些反射器大幅提高了太阳能系统的输出效率。

"在这背后的数学十分复杂，"Pearce解释，研究团队希望"验证这些可预测的模型，使太阳能产业可以开始利用我们的公式来设计出更好的太阳能电场。"

该研究团队并在加拿大安大略省京士顿(Kingston, Ontario)的太阳能户外测试场(Open Solar Outdoors Testing Field)实地测试这个模型。结果显示可在其他人预测有问题的太阳能板上照射更多阳光。

采用标准太阳能板，在最佳角度不倾斜时可增加约45%的效率。即使是最角度倾斜的太阳能板也能提高约18%的效率。此外，这项模拟也显示以最佳反射器能够达到30%或更好的输出效率。

"我们花费了大量的心血、汗水和泪水，期望能使得太阳能板尽可能达到最高效率，"Pearce说："我们如此地辛苦研究，也只能在模组上提高几个百分点；而在系统级却轻轻松松地实现了两位数的回报。"

透过这项研究成果，在系统级如此大幅地提升聚光效率，可望应用于改变太阳能板的安装方式，同时，还能提高经济效益与投资报酬率，甚至还可能大幅改造现有的太阳能电场。

Pearce强调："我们目前的主要目标在于为太阳能电场开发人员提供所需的资料，让他们能用于修改其太阳能场的配置，以及提高输出效率与营收达三分之。"