一份最新报告显示，一种用于聚光光伏系统的新方法摆脱了机械太阳跟踪器，使这种设计成为全球阳光充足的屋顶的有力竞争者。
目前将阳光转化为电力的策略需要在性能、价格和多功能性之间进行权衡。然而，研究人员必须在所有这三个领域取得进展，才能实现能源部的“SunShot”目标：到2020年实现与化石燃料的成本平价。
传统的硅基电池经久耐用，但工程师们现在正触及这些设计的性能上限，徘徊在25%的功率转换效率左右。
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薄膜电池往往更便宜，但效率也较低。另一方面，多结太阳能电池正在世界各地创造效率记录，但仍然非常昂贵 (ClimateWire, 2014年10月20日)。
为了发挥其效率，同时降低其价格，一些太阳能公司正在使用聚光器将阳光聚焦在微小的多结电池上。这种方法降低了聚光光伏的材料成本。
解决跟踪问题
然而，随着太阳在天空中的移动，光线以不同的角度照射到太阳能电池板上，从而改变了它们可以产生的电量。聚光光伏电池板必须来回摆动，以便保持阳光聚焦在小型电池上 (ClimateWire, 1月21日)。这使得它们对于屋顶来说太昂贵、太重、也太大了，而屋顶是目前世界上大多数太阳能电池板的所在地。
在上周发表在自然通讯杂志上的一项研究中，科学家们展示了一种装置，该装置在一天中移动不到一厘米来跟踪太阳，从而解决了部分跟踪问题。
该系统将光伏电池夹在顶部的微型塑料透镜和底部的微型反射镜之间，每个透镜和反射镜之间都用一层薄油隔开。透镜和反射镜像放大镜一样将阳光聚焦在太阳能电池上。通过轻轻的推动，聚光器相对于电池移动，使阳光整天保持聚焦。
宾夕法尼亚州立大学电气工程助理教授、该报告的共同作者克里斯·吉宾克说：“从远处看，你不会注意到它在跟踪。”
另一个优势是该设计使用了轻便、廉价的材料。“该系统的大部分由丙烯酸塑料制成，”吉宾克说。这意味着商业设备可以使用成熟的技术（如注塑成型）来进一步降低成本。
在原型中，研究人员使用了3D打印的透镜，发现他们可以实现70%的光学效率，这意味着他们将照射到该装置的光线的70%传输到电池。吉宾克说，随着进一步的开发，他预计将达到90%的光学效率。
功率转换效率取决于太阳能电池本身，这与透镜无关。目前的记录属于德国弗劳恩霍夫太阳能研究所制造的电池，效率达到46%。更高的效率意味着太阳能电池板可以在更小的空间内获得更多的能量，并且通过规模经济，降低来自太阳的电力的总体价格。
追求更多屋顶
吉宾克说：“我认为这项发展的作用在于，它使您能够在标准光伏的形式中拥有聚光光伏的高效率，”他补充说，这将是屋顶的一个不错的选择。
一些公司已经在开发和部署用于电网规模太阳能发电场的聚光光伏，在这些发电场中，空间和重量不是那么重要的问题。
Semprius Inc.于2009年获得了能源部SunShot孵化器300万美元的奖励，去年在一个四结电池中展示了43.9%的效率。
另一家公司Glint Photonics于2012年从能源部高级研究计划署-能源获得了270万美元，用于商业化低成本聚光光伏组件。“我们的目标是生产在单位面积成本上大致相当于硅组件的面板，”Glint首席执行官彼得·科佐迪在本周的ARPA-E峰会上表示。“对于大致相同的每平方米成本，您可以获得高达两倍的能量输出。”
ARPA-E项目主管迈克尔·哈尼表示，这种性能提升将扩大光伏市场。“既然您拥有了这种增强的效率，您就可以考虑将屋顶市场扩展到以前从未考虑过它们的屋顶，因为它们现在太小了，”他说。
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