太陽能新革命：生物啟發的客製化光電技術

當我們談到太陽能板，往往只關注其材料組成，但設計本身同樣是推動太陽能技術普及的關鍵因素。目前市面上的太陽能板外觀單調，且因其平面、非柔性的結構，只能安裝在平坦的表面上。然而，如果太陽能板能像輕巧的布料一樣，美觀且能包裹複雜形狀，甚至根據陽光角度調整形態，那會是什麼樣子？

這個想法催生了「HelioSkin」計畫，由康乃爾大學建築、藝術與規劃學院的Jenny Sabin教授主導，並與物理學教授Itai Cohen及植物生物學教授Adrienne Roeder合作。Sabin表示：「我們不僅希望系統能被動地產生能源，更希望能創造出轉變都市與城鄉環境的可能性。永續性不僅關乎效能與功能，更與美學息息相關，讓人們對其產生興趣並願意參與其中。」

Sabin的設計理念源自於對建築物如何像生物一樣適應環境的探索。她指出：「自然界並非追求效率，而是強調韌性。植物追蹤陽光的特性，使其在光合作用上具有優勢，這正是我們在建築中思考永續性與韌性的重要啟發。」

根據國際能源署的資料，美國40%的溫室氣體排放來自建築物。Sabin強調：「我們希望透過開發可擴充套件的太陽能皮膚產品，推動家庭與企業採用太陽能，從而減少建築物供暖、照明與冷卻所產生的28%二氧化碳排放。」

HelioSkin的靈感來自於Sabin與亞利桑那州立大學能源工程師Mariana Bertoni的合作。他們結合計算設計、數位製造與3D列印技術，創造出能同時提升光吸收效率與建築美感的客製化濾光器與太陽能板元件。關鍵在於研究向日葵追蹤陽光的機制，並將其應用於設計中。

Roeder的研究專長在於植物細胞如何生長並彎曲以朝向陽光，而Cohen則擅長使用摺紙與剪紙等幾何方法提升超材料的機械效能。團隊以阿拉伯芥植物為模型，因其細胞在追蹤陽光時會改變莖的曲率，這項特性被轉化為Sabin的建築設計軟體中。

HelioSkin的最終目標是開發出可應用於伸縮屋頂、體育館與摩天大樓的機械追蹤太陽能收集皮膚。為實現這一目標，團隊啟動了一項為期三年的試點計畫，首先在後院建造小型太陽能遮篷，並逐步擴充套件至都市公園。

要將這一願景推向市場，不僅需要科學創新與智慧設計，還需與產業合作夥伴、資本與行銷計畫結合。團隊已與E Ink及Rainier Industries合作，將光電技術與電子紙整合到輕量、可拉伸的建築布料中。此外，SunFlex公司也參與了HelioSkin原型的改進工作。

在試點計畫的第二年，團隊計畫推出完整的後院遮篷原型，並在第三年進入商業化的初期階段。行銷分析顯示，HelioSkin的成本、每瓦成本與系統容量均與現有光電產品具有競爭力。Sabin表示：「這是一個令人振奮的過程，我們看到了與現有產品的比較，以及未來擴充套件的潛力。」

團隊還發現了一些未曾考慮的利基應用，例如大型商業企業希望透過太陽能實現淨零排放，同時對顯示廣告與美學應用感興趣。為此，團隊與E Ink合作，開發具有電動響應顯示功能的HelioSkin，使其能應用於零售結構與體育場，成為可變化的廣告看板。

Cohen解釋：「我們的核心概念是嘗試以低成本印刷2D材料，再將其轉化為3D結構，使其能環繞物體。我們開發了一種切割紙張的模式，使其能區域性拉伸並環繞圓形物體，並使用布料作為鉸鏈，提供類似鉸鏈的行為。」

Sabin在實驗性建築領域已有超過15年的經驗，這對她推出產品提供了極大幫助。她表示：「我們非常注重商業化與智慧財產權管理計畫的開發。作為設計師，我發現這非常有趣，但對大多數合作者來說，這是一個全新的領域，因此我們都在努力學習。」

Sabin於2011年加入康乃爾大學，正是因為這裡跨學科合作的機會。她形容這裡是「每個人都敞開大門」的地方，充滿了興奮與影響力的可能性。她總結道：「我們身處紐約的太陽能中心，這裡不僅有創新研究，還有應用系統、農業與太陽能農場等。這個活躍的社群共同致力於解決一系列目標與問題，這對我們來說非常令人振奮。」