这位叫做Aidan Dwyer的男孩,想到了能够大幅改良太阳能科技的方法,这年他只有13岁。他的革命性概念,可能会让平面式的太阳能板从市场上消失。
根据费氏数列(Fibonacci sequence),Aidan藉由观察树木,发现了一个螺旋公式。他找到了树木枝枒交错排列的方法,于是便将这秘密应用在太阳能板的设计上。他的新想法可以最大化采集阳光的效能,让光电转换更有效率。
从树干上联想到的新模型
一次的冬季登山行,Aidan注意到树枝的独特之处。在搜集了多种树木的照片后,他在树枝与树叶那看似随机的排列之中,找到了某种规律。Aidan发现,树枝排列的大致形状,像是一个螺旋。于是他更进一步,计算出了树枝螺旋排列的数学公式。为了更深入研究,他开始建立模型。
利用费氏数列采集最多的阳光
经了解,Aidan根据中世纪数学家费布那西(Fibonacci)所发现的一个数学序列,在观察树木后,找到了某种规律。费布那西在试图解决某段时间内,兔子繁殖率的难题时,发现了一种模组、一个数列。这个数列由0跟1开始,一路往后叠加,两个数加起来的总合,便成了下一个新的数字,其起首几个数字是0、1、1、2、3、5、8、13、21。
费氏数列跟其所推导出的黄金比例,在大自然中会以各种方式出现。据Aidan说,依循这种模组的例子不胜枚举,像是向日葵种子的螺旋排列、人体的黄金比例,甚至是太空中的星系也不例外。
Aidan进一步发现,树干上也呈现了类似的模组。
Aidan说:“树枝依照着费氏公式排列。在橡树上,树枝就按照2到5的数列生长着,5根树枝以螺旋状绕着树干生长2次以后,生长点会再次对齐。”
另外,他也注意到榆树符合1到2的数列、山毛榉符合1到3的模组。在柳树上,他发现3到8的数列,杏树的树枝排列则呈现1到5的组合。
将螺旋排列应用在太阳集能科技上 使之最大化
为了寻找这种模式背后的意义,Aidan做出了一个假设:这样的排列方式,是为了让树叶能够吸收最多的阳光,以进行光合作用。
为了验证这个假说,Aidan做了一个小树形状的太阳能采集模型,将迷你的太阳能板以费氏数列的螺旋方式排列,这正是他藉由观察树木得到的宝贵想法。
Aidan数个月来不断做实验,同时比较了他的螺旋设计,还有现在最通行的平板式集能系统,并记录下产生出的电压与电流数据。点击这里来检视他的模型。
经由分析数据,Aidan发现螺旋模型能更有效率地采集阳光。平均来讲,螺旋模型比平板式模型多产出了20%的开路电压,每日也多吸收了2.5小时的阳光。
Aidan在冬至时记录下的数据更是振奋人心,虽然那时太阳在空中处于最低点,螺旋设计采集阳光的效率,却提升了整整50%!
Aidan表示:“研究结果告诉了我们,费氏数列可以多方面来改进太阳集能板的设计。当太阳在低角度照射时,螺旋设计可以采集更多阳光,在冬季跟高纬地区,这就变得非常实用。”
他也提到螺旋设计的其他优点,包括在都市中使用的话,能够节省许多空间。另外,在下雨或下雪的天气里,也不会过度积水或积雪,比起目前架设在屋顶的平板式设计,更能对抗恶劣的天气。