一份最新報告顯示，一種用於聚光光伏系統的新方法擺脫了機械太陽跟蹤器，使這種設計成為全球陽光充足的屋頂的有力競爭者。
目前將陽光轉化為電力的策略需要在效能、價格和多功能性之間進行權衡。然而，研究人員必須在所有這三個領域取得進展，才能實現能源部的“SunShot”目標：到2020年實現與化石燃料的成本平價。
傳統的矽基電池經久耐用，但工程師們現在正觸及這些設計的效能上限，徘徊在25%的功率轉換效率左右。
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薄膜電池往往更便宜，但效率也較低。另一方面，多結太陽能電池正在世界各地創造效率記錄，但仍然非常昂貴 (ClimateWire, 2014年10月20日)。
為了發揮其效率，同時降低其價格，一些太陽能公司正在使用聚光器將陽光聚焦在微小的多結電池上。這種方法降低了聚光光伏的材料成本。
解決跟蹤問題
然而，隨著太陽在天空中的移動，光線以不同的角度照射到太陽能電池板上，從而改變了它們可以產生的電量。聚光光伏電池板必須來回擺動，以便保持陽光聚焦在小型電池上 (ClimateWire, 1月21日)。這使得它們對於屋頂來說太昂貴、太重、也太大了，而屋頂是目前世界上大多數太陽能電池板的所在地。
在上週發表在自然通訊雜誌上的一項研究中，科學家們展示了一種裝置，該裝置在一天中移動不到一釐米來跟蹤太陽，從而解決了部分跟蹤問題。
該系統將光伏電池夾在頂部的微型塑膠透鏡和底部的微型反射鏡之間，每個透鏡和反射鏡之間都用一層薄油隔開。透鏡和反射映象放大鏡一樣將陽光聚焦在太陽能電池上。透過輕輕的推動，聚光器相對於電池移動，使陽光整天保持聚焦。
賓夕法尼亞州立大學電氣工程助理教授、該報告的共同作者克里斯·吉賓克說：“從遠處看，你不會注意到它在跟蹤。”
另一個優勢是該設計使用了輕便、廉價的材料。“該系統的大部分由丙烯酸塑膠製成，”吉賓克說。這意味著商業裝置可以使用成熟的技術（如注塑成型）來進一步降低成本。
在原型中，研究人員使用了3D列印的透鏡，發現他們可以實現70%的光學效率，這意味著他們將照射到該裝置的光線的70%傳輸到電池。吉賓克說，隨著進一步的開發，他預計將達到90%的光學效率。
功率轉換效率取決於太陽能電池本身，這與透鏡無關。目前的記錄屬於德國弗勞恩霍夫太陽能研究所製造的電池，效率達到46%。更高的效率意味著太陽能電池板可以在更小的空間內獲得更多的能量，並且透過規模經濟，降低來自太陽的電力的總體價格。
追求更多屋頂
吉賓克說：“我認為這項發展的作用在於，它使您能夠在標準光伏的形式中擁有聚光光伏的高效率，”他補充說，這將是屋頂的一個不錯的選擇。
一些公司已經在開發和部署用於電網規模太陽能發電場的聚光光伏，在這些發電場中，空間和重量不是那麼重要的問題。
Semprius Inc.於2009年獲得了能源部SunShot孵化器300萬美元的獎勵，去年在一個四結電池中展示了43.9%的效率。
另一家公司Glint Photonics於2012年從能源部高階研究計劃署-能源獲得了270萬美元，用於商業化低成本聚光光伏元件。“我們的目標是生產在單位面積成本上大致相當於矽元件的面板，”Glint執行長彼得·科佐迪在本週的ARPA-E峰會上表示。“對於大致相同的每平方米成本，您可以獲得高達兩倍的能量輸出。”
ARPA-E專案主管邁克爾·哈尼表示，這種效能提升將擴大光伏市場。“既然您擁有了這種增強的效率，您就可以考慮將屋頂市場擴充套件到以前從未考慮過它們的屋頂，因為它們現在太小了，”他說。
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