太陽能作為一種可靠且可再生的能源，其應用已經(jīng)相當普遍，人們經(jīng)常見到大型太陽能板被安裝在屋頂或排列在田野中，捕捉并轉化太陽光線來發(fā)電。然而，太陽能板的廣泛采用面臨一個挑戰(zhàn)，即一些人認為太陽能板外觀不太美觀。為應對這一挑戰(zhàn)，康奈爾大學的一個跨學科研究團隊正在開發(fā) HelioSkin，這是一種可彎曲的、受生物啟發(fā)的光伏技術，能夠包裹在建筑結構和各種形狀上，提供更具動態(tài)性且更美觀的太陽能捕捉方式。

HelioSkin 項目的團隊成員來自多個部門，包括項目負責人、建筑學院建筑學教授珍妮?薩賓（Jenny Sabin），藝術與科學學院物理教授伊泰?科恩（Itai Cohen），以及綜合植物科學學院植物生物學系教授阿德里安?羅伊德爾（Adrienne Roeder）。該項目的目標是創(chuàng)造出更具視覺吸引力、更易集成，并且能夠通過其受生物啟發(fā)的設計追蹤太陽的太陽能板。

珍妮?薩賓解釋道：“自然界并不追求高效，而是具有韌性，生物學是在更長時間尺度上的持久存在。此外，已經(jīng)證明追蹤太陽的植物具有光合優(yōu)勢。我們認為這是一種思考建筑可持續(xù)性和韌性的好方法。”

從長遠來看，HelioSkin 團隊希望實現(xiàn)每公里打印柔性、折紙般的光伏材料，使用卷對卷打印技術將其包裹在建筑上，以減少建筑行業(yè)的生態(tài)影響。但在目前的開發(fā)階段，團隊正在小規(guī)模上開展工作，利用計算設計和 3D打印等數(shù)字制造工藝來創(chuàng)建定制濾光片和光伏組件。

伊泰?科恩進一步解釋說：“基本思路是嘗試在 2D 平面上打印東西，這樣成本較低，然后將其變形為 3D，使其能夠圍繞結構彎曲。你不能直接拿一張普通的紙去包裹物體，否則會產(chǎn)生很多褶皺，就像試圖包裹一個橙子時會出現(xiàn)很多褶皺一樣。我們的一項創(chuàng)新是將紙切割成帶有面板和鉸鏈的圖案，使其能夠局部伸展并圍繞這些圓形物體。我們提出的第二種策略是使用織物作為使物體變形的方式，織物足夠柔軟，可以提供類似鉸鏈的行為?！?/p>

目前，該團隊正在啟動一個為期三年的試點項目，旨在開發(fā) HelioSkin 用于制作小型太陽能遮陽篷供后院使用。該項目由美國國家科學基金會的匯聚加速器項目支持，計劃在第二年完成全尺寸原型機，到試點項目結束時，研究小組希望處于太陽能遮陽篷商業(yè)化的早期階段，這種遮陽篷能夠為戶外電器和照明供電。

阿德里安?羅伊德爾表示：“HelioSKin 是‘如何讓太陽能更具吸引力，讓人們覺得它實用且有趣’這一宏大愿景的一部分。目標是使其能夠從小規(guī)模到建筑規(guī)模，實現(xiàn)變形并追蹤光線?！?盡管目前還不清楚 additive manufacturing（增材制造）技術是否會融入最終產(chǎn)品，但它在開發(fā)這些可變形、靈活的材料方面發(fā)揮了作用，這些材料能夠整合光伏特性并追蹤光線以實現(xiàn)最佳效率。