新方法让太阳能电池板“自降温”丨产能就算增加1%，也会带来经济效益
作者：文乐乐
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夏季炙热的阳光会使太阳能电池板温度升高 ， 导致其电力产能急剧下降 。图片来源：ERLUCHO/ISTOCK.COM
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 。
【新方法让太阳能电池板“自降温”丨产能就算增加1%，也会带来经济效益】相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41893-020-0535-4
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