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[分享] 男童破解樹的秘密,這發現將改變整個太陽能產業!

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發表於 2017-3-21 06:55:20 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
 
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這位叫做Aidan Dwyer的男孩,想到了能夠大幅改良太陽能科技的方法,這年他只有13歲。他的革命性概念,可能會讓平面式的太陽能板從市場上消失。

根據費氏數列(Fibonacci sequence),Aidan藉由觀察樹木,發現了一個螺旋公式。他找到了樹木枝枒交錯排列的方法,於是便將這秘密應用在太陽能板的設計上。他的新想法可以最大化採集陽光的效能,讓光電轉換更有效率。

從樹幹上聯想到的新模型

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一次的冬季登山行,Aidan注意到樹枝的獨特之處。在蒐集了多種樹木的照片後,他在樹枝與樹葉那看似隨機的排列之中,找到了某種規律。Aidan發現,樹枝排列的大致形狀,像是一個螺旋。於是他更進一步,計算出了樹枝螺旋排列的數學公式。為了更深入研究,他開始建立模型。

利用費氏數列採集最多的陽光

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經了解,Aidan根據中世紀數學家費布那西(Fibonacci)所發現的一個數學序列,在觀察樹木後,找到了某種規律。費布那西在試圖解決某段時間內,兔子繁殖率的難題時,發現了一種模組、一個數列。這個數列由0跟1開始,一路往後疊加,兩個數加起來的總合,便成了下一個新的數字,其起首幾個數字是0、1、1、2、3、5、 8、13、21。

費氏數列跟其所推導出的黃金比例,在大自然中會以各種方式出現。據Aidan說,依循這種模組的例子不勝枚舉,像是向日葵種子的螺旋排列、人體的黃金比例,甚至是太空中的星係也不例外。

Aidan進一步發現,樹幹上也呈現了類似的模組。

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Aidan說:“樹枝依照著費氏公式排列。在橡樹上,樹枝就按照2到5的數列生長著,5根樹枝以螺旋狀繞著樹幹生長2次以後,生長點會再次對齊。”

另外,他也注意到榆樹符合1到2的數列、山毛櫸符合1到3的模組。在柳樹上,他發現3到8的數列,杏樹的樹枝排列則呈現1到5的組合。

將螺旋排列應用在太陽集能科技上使之最大化

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為了尋找這種模式背後的意義,Aidan做出了一個假設:這樣的排列方式,是為了讓樹葉能夠吸收最多的陽光,以進行光合作用。

為了驗證這個假說,Aidan做了一個小樹形狀的太陽能採集模型,將迷你的太陽能板以費氏數列的螺旋方式排列,這正是他藉由觀察樹木得到的寶貴想法。

Aidan數個月來不斷做實驗,同時比較了他的螺旋設計,還有現在最通行的平板式集能係統,並記錄下產生出的電壓與電流數據。點擊這裡來檢視他的模型。

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經由分析數據,Aidan發現螺旋模型能更有效率地採集陽光。平均來講,螺旋模型比平板式模型多產出了20%的開路電壓,每日也多吸收了2.5小時的陽光。

Aidan在冬至時記錄下的數據更是振奮人心,雖然那時太陽在空中處於最低點,螺旋設計採集陽光的效率,卻提升了整整50%!

Aidan表示:“研究結果告訴了我們,費氏數列可以多方面來改進太陽集能板的設計。當太陽在低角度照射時,螺旋設計可以採集更多陽光,在冬季跟高緯地區,這就變得非常實用。”

他也提到螺旋設計的其他優點,包括在都市中使用的話,能夠節省許多空間。另外,在下雨或下雪的天氣裡,也不會過度積水或積雪,比起目前架設在屋頂的平板式設計,更能對抗惡劣的天氣。


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