吸水凝膠使太陽能電池板變冷

:阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）開發(fā)的一種冷卻系統(tǒng)將原型太陽能電池板的效率提高了20%，并且不需要外部能源就能運(yùn)行。

商用硅光伏電池板只能將一小部分吸收的太陽光轉(zhuǎn)化為電能，而其余的輻射則變成了熱量。由于太陽能電池板的溫度每上升一度，其效率就會(huì)降低，因此在阿拉伯沙漠等炎熱的環(huán)境中，散熱問題就會(huì)變得更加突出。

不幸的是，用傳統(tǒng)技術(shù)（包括制冷或空調(diào)）為太陽能電池板降溫的努力往往會(huì)消耗更多的能量，而不是通過提高效率來獲得的能量?，F(xiàn)在，KAUST的水淡化和再利用中心的Peng Wang領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)制作出了一種概念驗(yàn)證裝置，旨在通過利用地球氣候的自然屬性來解決這一難題。

此前，KAUST的研究人員開發(fā)了一種含有氯化鈣的聚合物，這是一種強(qiáng)大的干燥劑。當(dāng)暴露在潮濕的空氣中時(shí)，這種材料會(huì)隨著鈣鹽將水拉入凝膠中而逐漸膨脹，最終使其初始重量增加一倍。通過在聚合物框架中加入吸熱的碳納米管，研究小組發(fā)現(xiàn)，他們可以逆轉(zhuǎn)這種循環(huán)，利用太陽能觸發(fā)水的釋放。

Wang研究小組的博士后研究員Renyuan Li指出，這種凝膠的一個(gè)有趣的特性是它能夠自我附著在許多表面上，包括太陽能電池板的底部。在人工太陽的控制實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，完全填充的凝膠可以釋放出足夠多的水分，使電池板的溫度降低10攝氏度，之后研究小組決定在KAUST建立一個(gè)概念原型，用于室外測(cè)試。

在夏季和冬季，研究人員觀察到，凝膠體在一夜之間從悶熱的空氣中吸收水分，然后在白天溫度升高時(shí)釋放出液體。令人驚訝的是，太陽能電池板的效率提高了，甚至比室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的效率還高，研究人員推測(cè)，這一躍升可能是由于室外的熱量和質(zhì)量傳遞等方面的改善。

"這項(xiàng)工作顯示了利用大氣水發(fā)電來幫助應(yīng)對(duì)氣候變化的好處，"Li說。"我們相信這種冷卻技術(shù)可以滿足許多應(yīng)用的要求，因?yàn)樗魵鉄o處不在，而且這種冷卻技術(shù)很容易適應(yīng)不同的尺度。這種技術(shù)可以做成小到幾毫米的電子設(shè)備，大到幾百平方米的建筑，甚至更大的規(guī)模，用于發(fā)電廠的被動(dòng)冷卻。"

這項(xiàng)研究發(fā)表在《Nature Sustainability》雜志上，論文標(biāo)題為《Photovoltaic panel cooling by atmospheric water sorption–evaporation cycle》。