零碳科技：仿生柔性太阳能材料，重塑建筑光伏美学

可持续性关乎性能和功能，但它同样关乎美感，如果人们对它感到兴奋就会想要尝试。重新定义太阳能电池板的用途，使其对当代建筑更具适应性和美感，是这个多学科项目的目标。

由设计师 Jenny Sabin 领导的康奈尔大学研究团队正在开发一种名为 HelioSkin 的灵活、轻便柔性太阳能材料，该材料集成了类似于向日葵生物力学的太阳跟踪功能，用于可伸缩屋顶、体育场或摩天大楼的外部。与传统的不灵活的太阳能电池板不同，HelioSkin 的独特设计既实用又美观，可以增加太阳能的使用。

该材料由拉伸织物底层组成，顶部有镶嵌的机械“生物启发”表皮。第二层的光伏将响应并跟踪太阳在天空中的路径，类似于向日葵或其他植物的运动，称为嗜日光性。它可以编织成复杂的形状，以改善阳光吸收。

受自然启发的光伏

HelioSkin 是一种创新的太阳能技术，其灵感来自大自然的复原力和追踪太阳的植物的光合作用优势。该项目有望助力解决一个关键环境问题：美国 40% 的温室气体排放总量来自建筑物。

据该团队称，通过开发一种可以包裹复杂结构的灵活、美观的太阳能表皮，HelioSkin 旨在鼓励太阳能的广泛采用，减少 28% 与建筑物供暖、照明和制冷相关的二氧化碳排放。

该设计结合了计算设计、数字制造和 3D 打印，以创建自定义过滤器和光伏板组件。这种方法在提高光吸收的同时保留了建筑美感。

该研究还结合了细胞形态发生（描述植物细胞如何发育以向太阳弯曲）和向日趋性（描述向日葵如何追踪阳光）的知识。

理解这种机制的一个重要因素是使用模式植物拟南芥，它以其在细胞研究中的简单性而闻名。在阴凉的一面，它的细胞扩大了 25%，导致茎向太阳方向弯曲高达 90 度。HelioSkin 的灵活设计通过使用折纸和折纸等几何技术来提高灵活性，减少能量消耗，其灵感来自这种自然运动。

研究团队已经想出了如何将植物细胞的跟踪机制转化为 Jenny 的建筑软件。现在他们正在努力弄清楚如何在 HelioSkin 中进行这种过渡。

动态太阳能显示屏

该团队强调，HelioSkin 的开发过程强调以人为本的设计，涉及最终用户、利益相关者和能源电网专家的反馈。合作战略揭示了意想不到的用途，例如利用太阳能表皮的美学可调节元素进行动态图案变化或努力实现净零排放的大型商业企业的展示广告。

为了实现这一目标，该团队正在与 E Ink 合作，整合响应式显示功能，这将使 HelioSkin 能够用作体育场和零售建筑的灵活广告牌。E Ink 的卷对卷印刷方法能够以合理的成本大量生产光伏片材，这对 HelioSkin 的设计非常有利。这种方法与以经济实惠而闻名的钙钛矿光伏的制造方式相当。主要概念是以二维方式打印，然后将材料转换为三维空间，以便它可以无缝地圆化复杂的形状。

该团队创建了一个由面板和铰链组成的系统，这些面板和铰链可以在局部拉伸，以克服用没有折痕的平板包围弯曲物体的困难。他们还使用织物作为柔性铰链，在不牺牲结构坚固性的情况下提高了灵活性。该团队声称，这种创造性的设计方法通过将实用性和美观性融合在一起，扩大了太阳能技术的可能用途。

另外。研究团队还希望这种材料能在更大的项目中商业化，它计划推出一个为期三年的试点项目，将在较小规模上测试这种材料例如后院天篷，它可以“潜在地提供照明和动力户外电器”，然后再扩大规模用于公园。