世界各地，大量的研究主要集中在提高太阳能光伏电池的性能，降低成本。但是，很少注意用最佳途径排列这些电池，通常都是平放在屋顶或其他表面上，有时连接到机动的支架上，使电池总是朝向太阳，因为太阳会穿过天空。

　　现在，麻省理工学院（MIT）的一组研究人员想出了不同寻常的方法：就是制成立方体或塔型，向上延伸长太阳能电池，形成三维结构。令人惊讶的是，他们测试这些结构，结果表明，输出功率可提高1倍到20倍以上，这是对比同等面积的固定平放电池板而言。

　　最大的功率提升情况见于最需要改进的地方：在远离赤道的地方，冬季的几个月，以及多云天气。这些新的发现，既采用了计算机模拟，也经过户外真机测试，论文发表在《能源和环境科学》（Energy and Environmental Science）杂志上。

　　“我认为，这个概念可能会成为未来光伏发电的重要组成部分，”论文的资深作者杰弗里·格罗斯曼（Jeffrey Grossman）说，他是麻省理工学院卡尔??理查德??瑟德贝里职业发展电力工程副教授（Carl Richard Soderberg Career Development Associate Professor of Power Engineering）。

　　麻省理工学院的研究小组最初使用计算机算法，探索有巨大变量的各种可能配置，开发了分析软件，可以测试任何给定的配置，测试各种不同纬度，季节和天气的情况。然后，为了确认他们的模型的预测功能，他们制作测试了三种不同排列的太阳能电池，就在麻省理工学院的实验室大楼的屋顶上，测试进行了几个星期。

　　虽然从成本上看，产生一定量的电力，采用这样的3-D组件会更昂贵，超过普通平板电池，但是，这些花费可以获得部分抵偿，因为给定面积会产生高得多的能量输出，而且，会有更均匀的输出功率，在一整天，一年的各个季节都是这样，被云层或阴影遮盖时也是这样。这些改进使输出功率更可预测，也更均匀，这就更容易并网，胜过传统的系统，作者这样说。

　　从基本物理原因看，可以提高输出功率，而且随着时间的推移，会产生更均匀的输出功率，都是因为这种3-D结构的垂直表面，可以收集更多的阳光，因为在早晨、傍晚和冬天，太阳会接近地平线，合著者马尔科??贝纳迪（Marco Bernardi）说，他是麻省理工学院材料科学与工程系（DMSE：Department of Materials Science and Engineering）研究生。

　　现在，时机已经成熟，可以进行这样的创新，格罗斯曼说，因为太阳能电池的成本已低于附带的支撑结构、布线和安装费用。因为电池本身的成本会继续下降，下降速度比其他费用更快，因此，他们说，3-D系统的优势会相应增加。

　　“即使在10年前，这个想法也不是经济合理的，因为这些组件的成本非常高，”格罗斯曼说。但现在，他补充说，“硅太阳能电池的成本只是总成本的一小部分，在不久的将来，这一趋势是会继续下降。”目前，高达65％的光伏（PV）发电成本属于安装、土地使用权限和其他组件，都不属于电池本身。

　　虽然格罗斯曼和他同事们的计算机模拟表明，最大的优势会来自复杂形状，比如立方体，每一面都向内微微凹进去，这很难制造，合著者尼古拉·费拉里（Nicola Ferralis）说，他是材料科学与工程系的研究科学家。这种算法也可用于优化和简化形状，几乎不损失能量。他说，原来，在最佳形状和简单立方体之间，输出功率的差别只有约10％至15％，这一差异就无足轻重，因为通常已经大大提高了3-D形状的性能。研究小组分析了简单的立方体，以及更复杂的手风琴一样的形状，他们在楼顶进行了实验测试。

　　起初，研究人员很苦恼，因为近两个星期过去了，都没有一个晴天进行他们的测试。但随后，在考察数据时，他们意识到，他们从漫长的阴雨天吸取了重要的经验教训，这表明，需要大大改进输出功率，要胜过传统的平板电池。

　　手风琴般的塔型是研究小组测试过的最高结构，这一想法是模拟塔型，“你可以在运输时采用平板，然后在现场折叠起来，”格罗斯曼说。他说，这种塔型可以安装在停车场，做成电动汽车充电站。

　　到目前为止，研究小组已模拟了个别的3-D组件。下一步是研究这种塔型组合，要考虑在一天的不同时间，一个塔型投在其他塔型上的阴影。一般情况下，3-D形状在任何位置都有很大的优势，因为空间有限，比如在平屋顶上安装，或在城市环境中，他们说。这样的形状也可以进行更大规模的应用，比如用于太阳能农场，只需尽可能地精心缩小塔型之间的阴影影响。

　　一些其他的工作，甚至包括去年一所中学的科学展览项目，也采用了3-D排列的太阳能电池。但是，格罗斯曼说，“我们的研究在本质上是不同的，因为它是第一次着手解决这个问题，采用的是系统化和预测分析方法。”

　　大卫??格拉西亚斯（David Gracias）是约翰??霍普金斯大学（Johns Hopkins University）化学和生物分子工程副教授，他没有参与这项研究，他说，格罗斯曼和他的研究小组“已经展示了理论和概念证明的证据，说明3-D光伏组件可以带来很大的好处，就是从不同的角度捕捉光线。但是，挑战在于要大规模生产这些组件，而且要有成本有效的方法。”

　　他们的论文《三维太阳能发电》（Solar energy generation in three dimensions）在线发表在2012年3月8日的《能源和环境科学》杂志上。