过去10年，太阳能发电成本的下降导致住宅、商业和公用事业规模的太阳能使用出现了爆炸式增长。在美国大部分地区，使用进口太阳能电池板的太阳能发电的平均成本——即在电池板的使用寿命内计算的太阳能发电成本——已经下降了很多，甚至低于来自竞争来源的电力，如煤炭。

然而，特朗普政府在1月22日宣布对进口到美国的太阳能电池板征收30%的关税。这一决定预计将减缓美国大规模太阳能农场的部署，以及美国太阳能就业增长的速度(这是其他经济领域就业增长的12倍)。该关税使太阳能电池板的成本每瓦增加了约10至15美分。这可能会使公用事业规模的太阳能安装减少约11%，而目前的太阳能安装价格还不到每瓦1美元。

这些关税可能导致中国和其他国家向世界贸易组织(wto)提出上诉。但太阳能的创新能弥补太阳能电池板的关税吗?

在我的研究中，我发现了一种太阳能技术——以前因为低成本的光伏电池板而被大量忽视——可能会卷土重来:技术文献中所称的不起眼的镜子或助推反射器。

捕获失去能量

大多数降低太阳能发电成本的工程努力都是为了提高PV电池的效率，即在标准测试条件下增加给定面板产生的瓦特数。这通常是好事，但由于高额关税提高了太阳能电池板的价格，这种优势就减少了。

与加拿大的一个团队合作，我的团队已经证明，在不提高效率的情况下，使用镜子将更多的阳光照射到太阳能电池板上，可以将输出提高30%或更多(因此也就提高了太阳能电池板的关税成本)。仿真结果表明，优化后的系统可以实现30%的最大增幅，这与特朗普的关税相当。我们的研究成果由电气与电子工程师学会(IEEE)发表在发表在《《光伏发电．

我们把研究重点放在系统上，而不是单独的电池板上，主要是因为目前地面安装的太阳能电池板阵列正在浪费空间，失去宝贵的阳光。安装在大型(公用事业规模)太阳能农场的标志性平面太阳能电池板被分隔开来，以防止下一排电池板的遮挡。

当阳光照射在典型的太阳能农场上，将电能送入电网时，当光线照射到一排排电池板之间的地面时，相当一部分太阳能就丢失了。过去曾尝试在这片区域种植作物，这是一种很有前途的做法，被称为农业光伏。然而，一种不需要额外的电池板就能捕获能量发电的解决方案是，简单地用一个反射器填充空间，将阳光反射回电池板上。

使用CGI进行太阳模拟

这种升压反射器，也被称为反射镜或平面集中器，由于保修期的问题，没有被广泛使用。通常情况下，根据制造商所做的加速测试，在严格的情况下，太阳能电池板的保证期为20至30年。

然而，当把更多的阳光放在带有反射器的面板上时，有更大的温度波动和不均匀的照明。老式的简单光学模拟错误地预测了这种效应，这让制造商担心模块会出现故障。因此，由于潜在热点的不确定性，目前使用反射镜往往使太阳能农场运营商的保证书失效。

我们通过双向反射函数(BDRF)模拟，找到了一种精确预测反射器对面板影响的方法。这个短语有点拗口，但讽刺的是，我们大多数人都习惯看到它一直被使用。BDRF通常用于电影和电子游戏中，以创建更逼真的计算机生成图像(CGI)角色和场景。

这符合我们的目的，因为BDRF方程描述了光线如何从不规则表面反弹，并预测了光线如何散射，从而产生间接的增光和阴影。这正是我们需要正确预测安装在太阳能电池板前的非完美镜子的影响。

我们创建了一个BDRF模型来预测有多少阳光会被反射器反射回来，以及它会照射到阵列的哪里。真实的表面并不一定表现得像完美的镜子一样完美地反射光线，即使它们看起来像，所以我们将BDRF模型应用到这些材料上，它们反而会散射光线。

好消息是，我们发现，热点行为远比简单光学模型预测的要少。通过展示反光镜如何将光散射成波长的函数，我们已经开始避免将反光镜与太阳能电池板一起使用的风险，同时也展示了反光镜如何极大地增加了太阳系的输出。

最重要的是，我们在一个真实的数组中测试了模型。我们做了一个实验加拿大开放太阳能户外测试场在金斯敦,安大略省。

结果很有趣。使用标准面板，没有倾斜到适合纬度的最佳角度，效率提高了45%。这个值这么高是因为如果面板没有正确倾斜，很多额外的光可以被反射器捕获。然而，即使面板倾斜到最佳状态，损失的光很少，效率仍然提高了18%。我们的模拟结果显示，如果使用更好的反射器，这一比例可以提高到30%——这是对抗特朗普关税所需要的。

目前太阳能项目开发商并未广泛使用反射镜，部分原因是太阳能电池板的价格已经大幅下降。在一个装置中增加更多的面板，而不是通过反射更多的光来提高面板的输出，通常是更便宜和更简单的做法。

但现在有了这些关税，太阳能行业可能会再次仔细研究反射镜。在这个来自美国以外的太阳能电池板价格被人为抬高的时期，通过使用反射镜在系统层面上大量增加能源输出可以极大地改变太阳能农场太阳能电池板的安装方式

Joshua M. Pearce是密歇根理工大学的工程学教授。本文的一个版本最初出现在谈话．