“出汗系统” 让太阳能电池板“自降温”

夏天炎热的阳光会使太阳能电池板的温度上升，导致其发电能力急剧下降。资料来源:ERLUCHO/ISTOCK。COM

像人类一样，如果温度太高，太阳能电池板就无法正常工作。然而，根据《科学》杂志的报道，研究人员现在已经找到了一种通过“出汗”来降温来增加能量输出的方法。

“这是一种简单有效的方法来改造现有的太阳能电池板，可以立即提高效率。”马里兰大学帕克分校的材料科学家胡·梁冰说。

今天，世界拥有超过600千兆瓦的太阳能发电能力，满足世界3%的电力需求。这一产能预计将在未来10年增长5倍。大多数太阳能电池板使用硅将光能转化为电能。然而，传统的硅电池只能将20%的太阳能转化为电流，其余大部分转化为热量，这可以将电池板的温度提高40摄氏度。每当温度超过25摄氏度，面板的效率就会降低。华中科技大学的材料专家周军表示，工程师们“绞尽脑汁”将电能转换效率提高0.1%，因为即使产能提高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转换效率。今天，一些公司也出售水冷系统，但是这些设备需要大量的水以及水箱、管道和水泵。在干旱地区和缺乏基础设施的发展中国家，这几乎是不可能的。

近年来，研究人员设计了一种材料，可以吸收空气中的水蒸气，并将其冷凝成液态水饮用。其中最好的是凝胶，当空气凉爽、夜晚湿度高的时候，它会吸收水蒸气。这种凝胶是碳纳米管和氯化钙盐在聚合物中的混合物，将水蒸气凝结成包裹在其中的水滴。当白天温度升高时，凝胶会释放水蒸气。如果用透明塑料覆盖，释放的蒸汽将被截留，冷凝成液态水并流入储存容器。

结果，香港理工大学的环境工程师王鹏和他的同事提出了冷凝水的另一种用途:太阳能电池板冷却剂。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，凝胶会吸收太阳能电池板的热量并释放水蒸气。蒸发的水会冷却太阳能电池板，就像皮肤上蒸发的汗水会冷却人体一样。

研究人员发现，所需凝胶的量主要取决于环境的湿度。在湿度为35%的沙漠环境中，每平方米太阳能电池板需要1千克凝胶来冷却；然而，在湿度为80%的闷热地区，每平方米电池板冷却只需要0.3千克凝胶。

不管应用场景如何，结果都是一样的:水冷太阳能电池板的温度下降了10摄氏度。5月11日，王鹏和他的同事在《自然——可持续发展》杂志上报道，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%。风力可以增强冷却效果。

然而，周军指出，雨水会溶解凝胶中的氯化钙盐，削弱其吸水性能。王鹏说这种凝胶位于太阳能电池板的底部，应该可以避雨。与此同时，他们的团队正在开发第二代凝胶，这种凝胶即使暴露在水中也不会降解。

另一个设计方案是在水蒸发后安装一个收集和再冷凝水的装置。王鹏说，这些水可以用来清除太阳能电池板上积累的灰尘，也可以储存起来饮用，以满足干旱地区的紧急需求。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41893-020-0535-4