讓太陽能電池板“出汗”降溫

和人類一樣，太陽能電池板溫度過高也無法正常工作。不過據(jù)《科學》報道，現(xiàn)在研究人員發(fā)現(xiàn)了一種通過讓它們“出汗”使其冷卻的方法，從而增加能量輸出。

“這是一種簡單、有效的對現(xiàn)有太陽能電池板進行改造的方法，可以立即提高效率。”美國馬里蘭大學帕克分校的材料科學家胡良兵說。

今天，全世界有超過600吉瓦的太陽能發(fā)電能力，滿足了全球3%的電力需求。這一產(chǎn)能未來10年預計將增長5倍。大多數(shù)太陽能發(fā)電板利用硅將光能轉(zhuǎn)化為電能。但傳統(tǒng)的硅電池只能將20%的太陽能轉(zhuǎn)化為電流，其余大部分轉(zhuǎn)化為了熱量，可使電池板升溫40攝氏度。每當溫度超過25攝氏度，面板的效率就會下降。華中科技大學材料學專家周俊說，工程師為增加0.1%的電力轉(zhuǎn)換效率“絞盡腦汁”，因為產(chǎn)能就算增加1%，也會帶來經(jīng)濟效益。

幾十年前，研究人員發(fā)現(xiàn)，用水冷卻太陽能電池板可以提高其轉(zhuǎn)化效率。如今一些公司還出售水冷系統(tǒng)，但這些裝置需要大量的水以及儲罐、管道和泵。在干旱地區(qū)和缺乏基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展中國家，這幾乎沒有可行性。

近年來，研究人員設(shè)計出了一種材料，它可以從空氣中吸收水蒸氣，并將其凝結(jié)成供飲用的液態(tài)水。其中最好的是一種凝膠，它在夜晚空氣涼爽、濕度高時吸收水蒸氣。這種凝膠——聚合物中的碳納米管與氯化鈣鹽的混合物，使水蒸氣凝結(jié)成水滴被包裹其中。當白天溫度升高時，這種凝膠會釋放水蒸氣。如果用透明塑料覆蓋，釋放出的蒸汽就會被截留，凝結(jié)成液態(tài)水，流入儲存容器。

由此，香港理工大學環(huán)境工程師王鵬和同事想到了冷凝水的另一種用途：太陽能電池板的冷卻劑。研究人員將1厘米厚的凝膠片壓在標準硅太陽能電池板的底部。他們的想法是，在白天，這種凝膠會從太陽能電池板中吸收熱量釋放水蒸氣。蒸發(fā)的水會冷卻太陽能電池板，就像皮膚上蒸發(fā)的汗液會讓人體降溫一樣。

研究人員發(fā)現(xiàn)，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。

不論哪種應用場景，結(jié)果都是一樣的：水冷式太陽能電池板的溫度下降了10攝氏度。5月11日，王鵬和同事在《自然—可持續(xù)發(fā)展》上報告說，在一次戶外測試中，電池板的發(fā)電量平均增加了15%，最高增加了19%，風力可能增強了冷卻效果。

但周俊指出，雨水會溶解凝膠中的氯化鈣鹽，削弱其吸水性能。王鵬表示，凝膠位于太陽能電池板底部，應該可以避開雨水。同時他們團隊正在開發(fā)第二代凝膠，這種凝膠即使遇水也不會降解。

另一個設(shè)計方案是在水蒸發(fā)后，設(shè)置一個收集和再冷凝水的裝置。王鵬說，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)的迫切需求。