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德國的工程師開發新型浮動式雙面光伏

原理和河豚類似

2021年10月中旬，德國一家名為Schlaich bergerman Partner(SBP sonne)的工程公司在匈牙利的水面上開發出了一種新型的50kW的浮動光伏系統模型。該系統模型種沒有相互連接的小塑料浮子，而是由40米長、80厘米厚的膜管組成。這種膜管只有在現場安裝時才會進行充氣。根據SBP工程師的說法，這種系統模型與其他浮動模型相比，具有一系列的優勢。

該模型的設計采用的是兩根管子相互平行充氣的模式。詳細來說，是一個寬度為4.5米的鋼架連接在它們之間，將組件安裝在鋼架上。從管子的長度考慮，一根管子大約可以安裝24個光伏組件。與以前的只安裝了四對管子的模型不同，這個新的模型采用了25對管子并相互連接以形成一座島嶼。

相鄰的兩個這樣的島將形成一個1兆瓦的功率塊，并帶有電力電子設備。一兆瓦區塊的尺寸為長80米，寬108米。這樣一個區塊的一半，2708平方米的組件將只需要4320平方米的總面積，這就相當于大約63%的空間利用率。

此外，SBP sonne還表示，他們已經設計了第一個針對雙面光伏組件優化的浮動系統模型。這種模型將反射率超過0.6的淺色膜層拉伸到鋼架下面，使60%的光被薄膜反射。

作為比較，0.8的反射率大致相當于剛下過雪的水平。由于水面的反射率通常為0.1，因此不太適合使用雙面模塊。因此為了確保薄膜也能接受足夠的陽光直射，SBP sonne調整里組件之間的間距，至最佳的50毫米，以防止組件在惡劣天氣下相互碰撞。

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像河豚一樣的模型

該系統上的氣象站具有監測風速和波浪的作用，因此可以自主決定是否給管子充氣。由于該系統會在遇到危險時自行充氣，而且其原型是在匈牙利薄膜制造商的工廠附近建造的，因此SBP sonne將該系統命名為“G?mbhal”——匈牙利語中河豚的意思。

如果空氣從其中一根管子中逸出，最初會受到相鄰平行管子的保護。如果所有的空氣都從管子中逸出，這個系統仍然是具有浮力的。

此外，這種充氣系統也可以改善運輸條件。由于占用大量空間，因此使用吹塑塑料制成的漂浮物的物流成本非常高。另一方面，充氣管可以折疊起來。這使得漂浮的光伏建筑材料可以在一個集裝箱中運輸，其運輸能力是傳統系統運輸的三倍。據說這些管子還能更好地抵御風浪。由于細長的形狀，管子可以局部地迎合波浪的形狀。此外，與小型矩形系統相比，這種船體形狀提供的攻擊表面積更小，因此錨和系泊設備的尺寸可以稍微小一些。

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其他仿生光伏——向日葵

除了河豚之外，還有很多仿生技術在光伏領域中得到了運用。例如，像向日葵一樣可以追尋陽光的太陽能電池。

目前商用硅太陽能電池的效率約為22%。提高光伏性能的最有效方法之一是集成向光性(趨光性)，即利用太陽能電池更有效地收集光子，在天空中跟蹤太陽的能力。

1、原理

向日葵追隨太陽光的能力被稱為向光性。陽光會破壞生長在陰面細胞中的一種叫做生長素的植物激素。如促進細胞生長和分裂的吲哚乙酸(IAA)。因此，在陰面有更多長細胞的生長和更多的細胞數量。

這種不均勻的生長模式使向日葵的一側長于另一側并迫使莖進行轉動。當陽光從其頭頂照射時，生長素(IAA)分子均勻分布在向日葵的莖中。一旦陽光以一定角度照射，生長素就會移動到有陰影的遠側，并誘導該側的細胞伸長，因此莖逐漸向有光的一側彎曲。

2、模仿向日葵的太陽能電池

模仿這種自然現象，來自加州大學洛杉磯分校和亞利桑那州立大學的科學家們使用特殊材料建造了人造莖，以支持可以像向日葵那樣跟蹤陽光的太陽能電池。這些桿狀人造材料可以向光彎曲，可以自我調節，并移動到吸收太陽光線所需的最佳位置。然后，隨著太陽的移動，他們會做一些小的調整來停留在那里。這使得它們能夠捕獲大約90%以75度角照射在太陽能電池上的可用光。

如果不跟蹤太陽的話，當入射角很大時，損失可能會很大(例如，75°入射角度時損失為75%)。這種向光性系統被稱為SunBOT，或向日葵狀仿生全向跟蹤儀。它們可以在3D空間中以超高的精度和快速的響應在廣泛的環境溫度范圍內自主、即時地檢測和跟蹤入射光，而無需輔助電源或人工干預。科學家們已經證明，在傾斜的照明下，人工向光性系統可以比傳統的非向光性系統增加高達400%的能量收集。

這款新技術的誕生要得益于現代納米技術，因為科學家使用一款對溫度非常敏感納米材料做成跟蹤儀頭部，然后再配合一種能向明亮光源彎曲的微小“桿”，從而實現能跟隨光照功能。

用生物學界的一句術語來說，能響應自然環境特定變化的任何運動都被稱為是一種“鼻行為”，比如被人們稱為“食人花”的植物，能根據特定環境變化做出讓人匪夷所思的反應，帶刺花朵能迅速關閉。還有的植物花朵能在天亮時打開，在天黑時關閉，這些都是自然界中活鮮鮮的例子。

在研究過程中，科學家將納米材料做成一根長度為幾厘米、寬為幾毫米的線，這根線被稱為“人造莖”，它能根據溫度而迅速作出反應，一側收縮，另一側膨脹，導致傾向于光照，因此這是一款具備生物“鼻行為”的神奇材料，它能根據光強度變化而自動進行打開、關閉、彎曲、扭曲等動作。

這項新技術有什么作用？專家表示，追逐陽光的新技術對光伏電池非常有用，這項技術可以用在太陽能電池板上，能大大提升太陽能電子版的產電能力，除此之外，還可以用在自適應信號接收器，智能窗戶，設備齊全的機器人，太空飛船太陽帆，引導手術，自調節光學設備以及智能能源上。

甚至可以應用于望遠鏡，雷達和水聽器進行的高能發射檢測和跟蹤領域，所以這項新技術用途可以說是非常的大，很多領域也需要這項技術。即使上述應用只少數在未來實現，那么也能發揮非常大的用途。

結語

仿生技術是通過研究生物系統的結構和性質，以此來為工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學。仿生技術一詞bionics是1960年由美國科學家斯蒂爾根據拉丁文“bios”(生命方式)和字尾“nic”(具有……的性質)構成的

仿生技術的問世開辟了獨特的技術發展道路，也就是人類向生物界索取藍圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強的生命力。生物自身具有的功能比迄今為止任何人工制造的機械都優越得多，而仿生技術，就是要在工程上實現并有效地應用生物的功能。在信息接受(感覺功能)、信息傳遞(神經功能)、自動控制系統等方面，生物體的結構與功能在機械設計方面都給予了人們很大啟發。在這種啟發下，不僅僅是光伏行業，可以說是所有領域的技術都在仿生技術的啟發下得以快速發展。