当3D打印遇到太阳能:个性化生产是如何解放新能源局限的?

每次两种被业界给予厚望的新技术发生碰撞都会砸出不少的火花,因为这会拓宽他们本来就已经非常令人遐想的应用前景。比如说电动车公司推出应用商店,再比如智能手机和互动印刷的结合,等等。现在呢,2012年风光无限的3D打印和一直以来就被认为是新经济希望所在的太阳能技术,似乎也有了交集。

本文将主要从两个角度来入手介绍这个问题:首先是为什么3D构造的太阳能电池板会在效益和造价上优于传统电池板、其次是用3D打印技术来生产电池板将怎样带来一个全新的应用市场。

3D太阳能电池板的优势在哪里

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能源技术咨询公司Blue Phoenix的首席能源战略规划师John Licata认为,3D太阳能电池板可以在很多个方面都提升太阳能的捕捉效率,这是因为它结构比较多元化、更易吸收能源。根据来自MIT的一项研究。3D太阳能电池板的效率有可能达到高20%之多。

我们都知道,传统太阳能电池板是被摆放在一个屋顶或者是地面这样的平面上,面对太阳来收集能源。而MIT的科研人员使用了立方体、长方体、塔形等等新型结构,并发现它们在发电效率上全都有着不俗的表现,其中一款塔一样的可折叠结构设计更是使发电效率达到了惊人的二十倍(在占用同样的地面表面积的情况下)。并且,该实验也在多云天气和晴天都进行了对比,其发电效率无论天气如何都很惊人。

MIT的能源工程教授Jeffrey Grossman评论说,他觉得这种概念在未来的光伏产业会越来越多的得到重视。可折叠塔形设计能够吸收更多阳光的秘密在于它可以吸收多个方向打来的光线,而不是像传统的一块平板一样只有一个方向(确切的说,是只有180度的角度,但其中大部分阳光并非垂直照射)。更令人惊叹的是,这个想法实际来自一个小男孩的创想:13岁的Adiean Dywer在观察了自家后院的一棵大树之后,突然觉得树上的每一片叶子都像一个太阳能板,他们面向不同的方向,千差万别,因此可以有效的阳光进行工作(制造糖分),如果人类制造的太阳能板也可以像这样的话,那是否会效率高很多?当然,13岁的他还没有足够的技术能力来完成这样的设计,这个梦想就由MIT的科学家们来代为实现了。

目前为止,建造这种塔形的3D太阳能电池板的成本还是高于普通的平电池板,但首先它的效率更高,其次也可以节省很多的空间,这在拥挤且寸土寸金的都市应用场景下还是相当重要的,并且也可以促进它和已有的电网的整合。比如说这款折叠塔形的电池组,它可以折叠起来运输,然后安装的时候直接拉开放下就行了,成本将低于铺设电池板。它们尤其适合放置在停车场里,看来SolarCity如果考虑在自己的Tesla发电站引进这些设备的话应该是一个不错的选择。

另外一个重要的方面就是成本上的考量。太阳能的主要成本由两大块构成,即生产成本和加装成本。Licata预测,精准度高的3D打印技术可以将生产成本降低50%左右。这是因为传统的太阳能板生产方法在加工过程中会出现很多边角料,而这些边角料都是有成本的,有些还是很昂贵的材料却因为形状不符合要求等等原因就被浪费了,包括多晶硅、铟、玻璃等等。3D打印生产方法就不一样了,如果说传统方法是在做“雕像”,即在一大块材料里面寻找自己想要的结构的话,3D生产方法则是在做“塑像”,即用未定型的材料来选择自己想要的形状。相比之下,自然是更节省材料、也自由度更高。这是在说生产成本,在安装成本方面,3D制造太阳能板的优势简直就是关于3D打印机的好处的一个教科书般的例子:生产将被解放、去中心化、用户可以成为自己的主人,因此只要他有一台3D打印机、合格的图纸和所需的材料,他就不再需要依赖一个可能距离自己十分遥远的太阳能板生产厂商、不需要花很多钱把那些太阳能板运到自己家里来。在供应链方面,这种模式也实现了即用即造,供需完全平衡,存货积压或者供不应求的情况都会被减少。

3D打印技术 “解放形状”,使太阳能板获得无限的可能

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3D打印技术可以让太阳能产业以前所未有的轻薄程度来生产产品。由于3D打印技术的特殊实用性:(产品是一层一层的“印上去”的,即如果把一件物品分割成无限层的话,有点像多变量微积分里的三维矢量场,而每一层都是一个平面印刷品,并不是当作一个整个的部件来进行塑造,因此可以做到非常薄)太阳能板可以被打印在各种材质上,比如塑料或者纤维,甚至是纸上,而不一定是要在比较昂贵的玻璃表面上。我们可以想象,一旦太阳能电池板的形状、体积、重量等因素都不再受到局限,它就可以找到很多新的、我们以前完全想象不到的应用场景。它也就可以以更快的速度和更大的广度作为一种新材料融入许多大众生活用品中,比如说:

  • 超薄的太阳能电池板可以被打印成车漆,附着在电动车的表面上。这个方法比目前的太阳能车们浑身贴满电池板的做法的自由度更高
  • 建材涂料可以采用类似的方式,发明一种“太阳油漆”,这样我们就省去了在屋顶上加装大量十分惹眼的太阳能板的场景了,且随处皆可,给建筑师的空间更大,不一定非要去设计很大的楼顶空间
  • 太阳能版这个东西可以作为一种材料进入许多物体的构建中。比如说,书包、衣服都可以做成类似的样式,3D打印手机壳还可以直接印刷成太阳能板。我以前中学参加一个环保比赛的时候曾经得奖得过一个太阳能书包,但这个所谓的太阳能书包就是把一个巴掌大小的电池板贴在了包的外面,面积小、充电也不给力不说,碰一下就坏了。如果新时代的电子穿戴设备可以很好的融合这一技术的话,那我简直能想象耐克可能又要被评为“最具创新潜力”的公司了。

亚马逊的杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)在讨论创新的时候曾经说过,他认为创新最重要的就是把看似不相干的东西联系起来。正因为如此,美国人总是喜欢用“什么遇到什么”(XXX meets YYY)的句式来讨论新领域的结合以及产生。看起来,3D打印和太阳能的结合大有潜力,原因是3D打印技术很有可能解放很多原先在限制太阳能发展的桎梏。这些应用以及想法目前自然还是比较早期的,不过3D打印所代表的“去中心化工业生产”和太阳能所代表的“去中心化能源生产”看起来的确是很有说服力的搭档,也有可能共同拼成新时代的经济中的一个重要环节。

 

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