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德国的工程师开发新型浮动式双面光伏

原理和河豚类似

2021年10月中旬，德国一家名为Schlaich bergerman Partner(SBP sonne)的工程公司在匈牙利的水面上开发出了一种新型的50kW的浮动光伏系统模型。该系统模型种没有相互连接的小塑料浮子，而是由40米长、80厘米厚的膜管组成。这种膜管只有在现场安装时才会进行充气。根据SBP工程师的说法，这种系统模型与其他浮动模型相比，具有一系列的优势。

该模型的设计采用的是两根管子相互平行充气的模式。详细来说，是一个宽度为4.5米的钢架连接在它们之间，将组件安装在钢架上。从管子的长度考虑，一根管子大约可以安装24个光伏组件。与以前的只安装了四对管子的模型不同，这个新的模型采用了25对管子并相互连接以形成一座岛屿。

相邻的两个这样的岛将形成一个1兆瓦的功率块，并带有电力电子设备。一兆瓦区块的尺寸为长80米，宽108米。这样一个区块的一半，2708平方米的组件将只需要4320平方米的总面积，这就相当于大约63%的空间利用率。

此外，SBP sonne还表示，他们已经设计了第一个针对双面光伏组件优化的浮动系统模型。这种模型将反射率超过0.6的浅色膜层拉伸到钢架下面，使60%的光被薄膜反射。

作为比较，0.8的反射率大致相当于刚下过雪的水平。由于水面的反射率通常为0.1，因此不太适合使用双面模块。因此为了确保薄膜也能接受足够的阳光直射，SBP sonne调整里组件之间的间距，至最佳的50毫米，以防止组件在恶劣天气下相互碰撞。

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像河豚一样的模型

该系统上的气象站具有监测风速和波浪的作用，因此可以自主决定是否给管子充气。由于该系统会在遇到危险时自行充气，而且其原型是在匈牙利薄膜制造商的工厂附近建造的，因此SBP sonne将该系统命名为“G?mbhal”——匈牙利语中河豚的意思。

如果空气从其中一根管子中逸出，最初会受到相邻平行管子的保护。如果所有的空气都从管子中逸出，这个系统仍然是具有浮力的。

此外，这种充气系统也可以改善运输条件。由于占用大量空间，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，充气管可以折叠起来。这使得漂浮的光伏建筑材料可以在一个集装箱中运输，其运输能力是传统系统运输的三倍。据说这些管子还能更好地抵御风浪。由于细长的形状，管子可以局部地迎合波浪的形状。此外，与小型矩形系统相比，这种船体形状提供的攻击表面积更小，因此锚和系泊设备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，还有很多仿生技术在光伏领域中得到了运用。例如，像向日葵一样可以追寻阳光的太阳能电池。

目前商用硅太阳能电池的效率约为22%。提高光伏性能的最有效方法之一是集成向光性(趋光性)，即利用太阳能电池更有效地收集光子，在天空中跟踪太阳的能力。

1、原理

向日葵追随太阳光的能力被称为向光性。阳光会破坏生长在阴面细胞中的一种叫做生长素的植物激素。如促进细胞生长和分裂的吲哚乙酸(IAA)。因此，在阴面有更多长细胞的生长和更多的细胞数量。

这种不均匀的生长模式使向日葵的一侧长于另一侧并迫使茎进行转动。当阳光从其头顶照射时，生长素(IAA)分子均匀分布在向日葵的茎中。一旦阳光以一定角度照射，生长素就会移动到有阴影的远侧，并诱导该侧的细胞伸长，因此茎逐渐向有光的一侧弯曲。

2、模仿向日葵的太阳能电池

模仿这种自然现象，来自加州大学洛杉矶分校和亚利桑那州立大学的科学家们使用特殊材料建造了人造茎，以支持可以像向日葵那样跟踪阳光的太阳能电池。这些杆状人造材料可以向光弯曲，可以自我调节，并移动到吸收太阳光线所需的最佳位置。然后，随着太阳的移动，他们会做一些小的调整来停留在那里。这使得它们能够捕获大约90%以75度角照射在太阳能电池上的可用光。

如果不跟踪太阳的话，当入射角很大时，损失可能会很大(例如，75°入射角度时损失为75%)。这种向光性系统被称为SunBOT，或向日葵状仿生全向跟踪仪。它们可以在3D空间中以超高的精度和快速的响应在广泛的环境温度范围内自主、即时地检测和跟踪入射光，而无需辅助电源或人工干预。科学家们已经证明，在倾斜的照明下，人工向光性系统可以比传统的非向光性系统增加高达400%的能量收集。

这款新技术的诞生要得益于现代纳米技术，因为科学家使用一款对温度非常敏感纳米材料做成跟踪仪头部，然后再配合一种能向明亮光源弯曲的微小“杆”，从而实现能跟随光照功能。

用生物学界的一句术语来说，能响应自然环境特定变化的任何运动都被称为是一种“鼻行为”，比如被人们称为“食人花”的植物，能根据特定环境变化做出让人匪夷所思的反应，带刺花朵能迅速关闭。还有的植物花朵能在天亮时打开，在天黑时关闭，这些都是自然界中活鲜鲜的例子。

在研究过程中，科学家将纳米材料做成一根长度为几厘米、宽为几毫米的线，这根线被称为“人造茎”，它能根据温度而迅速作出反应，一侧收缩，另一侧膨胀，导致倾向于光照，因此这是一款具备生物“鼻行为”的神奇材料，它能根据光强度变化而自动进行打开、关闭、弯曲、扭曲等动作。

这项新技术有什么作用？专家表示，追逐阳光的新技术对光伏电池非常有用，这项技术可以用在太阳能电池板上，能大大提升太阳能电子版的产电能力，除此之外，还可以用在自适应信号接收器，智能窗户，设备齐全的机器人，太空飞船太阳帆，引导手术，自调节光学设备以及智能能源上。

甚至可以应用于望远镜，雷达和水听器进行的高能发射检测和跟踪领域，所以这项新技术用途可以说是非常的大，很多领域也需要这项技术。即使上述应用只少数在未来实现，那么也能发挥非常大的用途。

结语

仿生技术是通过研究生物系统的结构和性质，以此来为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生技术一词bionics是1960年由美国科学家斯蒂尔根据拉丁文“bios”(生命方式)和字尾“nic”(具有……的性质)构成的

仿生技术的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是人类向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。生物自身具有的功能比迄今为止任何人工制造的机械都优越得多，而仿生技术，就是要在工程上实现并有效地应用生物的功能。在信息接受(感觉功能)、信息传递(神经功能)、自动控制系统等方面，生物体的结构与功能在机械设计方面都给予了人们很大启发。在这种启发下，不仅仅是光伏行业，可以说是所有领域的技术都在仿生技术的启发下得以快速发展。