編者按;
沙特阿拉伯阿布都拉國王科技大學為太陽能電池板研發(fā)出冷卻系統(tǒng)，成功冷卻太陽能電池板并提高了19%的發(fā)電效率。他們通過氯化鈣、納米碳管研發(fā)出新型聚合物凝膠，這些凝膠會在悶熱的夜晚中吸收水分，然后在白天艷陽高照時釋放水氣，就好像藉由“流汗”來散發(fā)熱量一樣。當把凝膠黏在太陽能電池板背面后，凝膠釋放儲存的水分就可以幫太陽能電池面板降溫10℃左右。而用水冷卻太陽能電池板可以提高其轉化效率。
一提到沙特阿拉伯，“石油王國”、經濟富裕、旅游業(yè)發(fā)達等躍然而出。而換一個角度看，因沙特阿拉伯境內沙漠廣布，其夏季最高溫可達50℃以上，這對長期置于戶外的機電設備耐受性無疑是極大的考驗。
眾所周知，制約太陽能發(fā)電效率的不只有陰雨天與夜晚，還有悶熱、高溫天氣。因此，在沙漠環(huán)境中環(huán)保地解決太陽能電池板散熱問題是當務之急，以免冷卻所需的電力比太陽能發(fā)電量還要高。
據了解，太陽能電池結構基本上由P型與N型半導體結合而成，這種結構稱為PN接面。當電池吸收陽光時，PN接面會產生電子-電洞對(electron-hole pair)，在內建電場的作用下，受到刺激的電子和失去電子的電洞會朝相反方向移動，進而產生電流與電壓;但若溫度升高，會加快電子-電洞對再結合速度，使發(fā)電量下降。
對此，沙特阿拉伯阿布都拉國王科技大學(KAUST)認為，環(huán)境因素造成的問題，就用自然原理解決。對此，他們已經為太陽能電池板研發(fā)出冷卻系統(tǒng)，成功冷卻太陽能電池板并提高了19%的發(fā)電效率。
最初，他們決定用氯化鈣來解決該問題，但氯化鈣中一半的原料為鹽，它極易吸濕潮解，也易溶于水?；诖耍麄兺ㄟ^氯化鈣、納米碳管研發(fā)出新型聚合物凝膠，當接觸到濕氣，凝膠就會吸收鈣鹽與水分漸漸脹大，而在聚合物結構中的納米碳管不僅可以吸熱，還能讓聚合物不斷循環(huán)吸水與排水的過程。
戶外測試后，他們發(fā)現這些凝膠會在悶熱的夜晚中吸收水分，然后在白天艷陽高照時釋放水氣，就好像人們藉由“流汗”來散發(fā)熱量一樣。研究人員指出，這種新型凝膠可以黏在各種地方。當把凝膠黏在太陽能電池板背面后，凝膠釋放儲存的水分就可以幫太陽能電池面板降溫10℃左右。
值得注意的是，或許是戶外熱傳導與質量傳導改善有關，他們發(fā)現太陽能電池板效率提高的幅度達13%~19%。研究人員認為，這種冷卻技術應用潛力大，且應用范圍廣泛，適用于各種環(huán)境。
事實上，凝膠并不是新鮮事物。為提高溫度持續(xù)攀升下太陽能發(fā)電的能量輸出，近年來研究人員發(fā)現了一種材料，它可以從空氣中吸收水蒸氣，并將其凝結成供飲用的液態(tài)水。其中，最好的就是這種凝膠——聚合物中的碳納米管與氯化鈣鹽的混合物，白天凝膠從太陽能電池板中吸收熱量釋放水蒸氣，蒸發(fā)的水進而冷卻太陽能電池板。
據統(tǒng)計，全球有超過600GW的太陽能發(fā)電能力，滿足了全球3%的電力需求，這一產能在未來10年預計還將增長5倍。大多數太陽能發(fā)電板利用硅將光能轉化為電能，但傳統(tǒng)的硅電池只能將20%的太陽能轉化為電能，其余大部分轉化成了熱量，可使電池板升溫40℃。每當溫度超過25℃，面板的效率就會下降。
幾十年前，人們發(fā)現用水冷卻太陽能電池板可以提高其轉化效率，但水冷系統(tǒng)裝置需要大量的水以及儲罐、管道和泵，在干旱地區(qū)或缺乏基礎設施的發(fā)展中國家，這幾乎沒有可行性。而凝膠則是一種簡單、有效的對現有太陽能電池板進行改造的方法，可以立即提高效率。
無獨有偶，香港理工大學環(huán)境工程師也嘗試將冷凝水用作太陽能電池板的冷卻劑，其基本原理與上述一致。此外，他們發(fā)現冷卻太陽板所需的凝膠量主要取決于環(huán)境濕度：在濕度為35%的沙漠環(huán)境中，每平方米太陽能電池板需要1公斤凝膠來冷卻;而在濕度為80%的悶熱地區(qū)，每平方米電池板冷卻只需要0.3公斤凝膠。但不論哪種應用場景，冷凝水式太陽能電池板的溫度都下降了10℃。
在戶外測試中，通過該方法改進后的太陽能電池板發(fā)電量平均增加了15%，最高增加了19%，他們認為風力可能會增強冷卻效果。針對雨水會溶解凝膠中的氯化鈣鹽，削弱其吸水性能的問題，該研究團隊目前正在研發(fā)第二代凝膠，據稱這種凝膠即使遇水也不會降解。而他們的另一個設計方案，是在水蒸發(fā)后設置一個收集和再冷凝水的裝置，這些水可用來清潔太陽能電池板上積聚的灰塵，或者可以儲存起來供飲用，解決干旱地區(qū)的用水需求。
原標題： 藉由“流汗”散熱，提高太陽能電池板發(fā)電效率
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