让太阳能电池板“出汗”降温
发布日期：2020-05-14 来源：中国科学报 作者：文乐乐 浏览次数：141
和人类一样，太阳能电池板温度过高也无法正常工作。不过据《科学》报道，现在研究人员发现了一种通过让它们“出汗”使其冷却的方法，从而增加能量输出。
“这是一种简单、有效的对现有太阳能电池板进行改造的方法，可以立即提高效率。”美国马里兰大学帕克分校的材料科学家胡良兵说。
今天，全世界有超过600吉瓦的太阳能发电能力，满足了全球3%的电力需求。这一产能未来10年预计将增长5倍。大多数太阳能发电板利用硅将光能转化为电能。但传统的硅电池只能将20%的太阳能转化为电流，其余大部分转化为了热量，可使电池板升温40摄氏度。每当温度超过25摄氏度，面板的效率就会下降。华中科技大学材料学专家周俊说，工程师为增加0.1%的电力转换效率“绞尽脑汁”，因为产能就算增加1%，也会带来经济效益。
几十年前，研究人员发现，用水冷却太阳能电池板可以提高其转化效率。如今一些公司还出售水冷系统，但这些装置需要大量的水以及储罐、管道和泵。在干旱地区和缺乏基础设施的发展中国家，这几乎没有可行性。
近年来，研究人员设计出了一种材料，它可以从空气中吸收水蒸气，并将其凝结成供饮用的液态水。其中最好的是一种凝胶，它在夜晚空气凉爽、湿度高时吸收水蒸气。这种凝胶——聚合物中的碳纳米管与氯化钙盐的混合物，使水蒸气凝结成水滴被包裹其中。当白天温度升高时，这种凝胶会释放水蒸气。如果用透明塑料覆盖，释放出的蒸汽就会被截留，凝结成液态水，流入储存容器。
由此，香港理工大学环境工程师王鹏和同事想到了冷凝水的另一种用途：太阳能电池板的冷却剂。研究人员将1厘米厚的凝胶片压在标准硅太阳能电池板的底部。他们的想法是，在白天，这种凝胶会从太阳能电池板中吸收热量释放水蒸气。蒸发的水会冷却太阳能电池板，就像皮肤上蒸发的汗液会让人体降温一样。
研究人员发现，所需的凝胶量主要取决于环境湿度。在湿度为35%的沙漠环境中，每平方米太阳能电池板需要1公斤凝胶来冷却;而在湿度为80%的闷热地区，每平方米电池板冷却只需要0.3公斤凝胶。
不论哪种应用场景，结果都是一样的：水冷式太阳能电池板的温度下降了10摄氏度。5月11日，王鹏和同事在《自然—可持续发展》上报告说，在一次户外测试中，电池板的发电量平均增加了15%，最高增加了19%，风力可能增强了冷却效果。
但周俊指出，雨水会溶解凝胶中的氯化钙盐，削弱其吸水性能。王鹏表示，凝胶位于太阳能电池板底部，应该可以避开雨水。同时他们团队正在开发第二代凝胶，这种凝胶即使遇水也不会降解。
另一个设计方案是在水蒸发后，设置一个收集和再冷凝水的装置。王鹏说，这些水可用来清洁太阳能电池板上积聚的灰尘，或者可以储存起来供饮用，解决干旱地区的迫切需求。