太阳能板也怕晒，两种最新降温技术可提高效率

撰文 | Shushu

编辑 | Tang

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世界气象组织11月30日在《联合国气候变化框架公约》(以下简称《公约》)第二十八次缔约方大会(COP28)宣布，2023年是有记录以来人类历史上最热的一年。

截至10月底的数据显示，这一年平均气温较工业化前(1850-1900年)的基线高出约1.4摄氏度。世界气象组织警告说，今年早些时候出现的厄尔尼诺现象，可能会在明年让高温天气加剧。

极端天气不仅对人类生活造成影响，对清洁能源发电也同样如此。

尤其是光伏发电。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。

理论上，温度每升高一度，光伏电站的发电量会降低0．44％左右。也就是说，和人类一样，太阳能电池板温度过高也无法正常工作。

因此，科学家一直以来都努力开发光伏降温技术。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。比如伊拉克，这里的电网不发达，相关基础设施建设不完善，这给相关产品和技术提出更高要求。

伊拉克用天然蜜蜡、石蜡降温太阳能板

在伊拉克，由于近1/3电力供应来自进口，所以，伊拉克政府为满足电力基本供应，将目光瞄向光伏。

伊拉克地处中东，太阳能资源开发潜力巨大。相关数据显示，该地每天的日照时间可达到8—10小时，年均日照时常可以达到3000—3650小时，具备大规模开发光伏的条件。

但是，伊拉克除东北部是山区外，其他都是热带沙漠气侯，夏季最高气温可以高达50℃ 以上。当太阳能板面对炎热高温，发电效率势必会减损。

针对这种情况，伊拉克北方技术大学研究团队发现透过天然蜜蜡、石蜡，成功让太阳能板在炎热午间时分，不那么烫手了。

原因是天然蜜蜡、石蜡这类相变材料（PCM），能够从固态转变为液态时会吸收热量，并在变回液态时释放热量。

科学家在伊拉克北部哈维贾镇的实验环境中进行了一项研究。他们在屋顶上放置了四片50瓦的多晶太阳能板，其中三片的背面有空位，分别使用5公升的天然蜜蜡、石蜡和混合组合填充，并留出10%的空间以便凝固。剩下的一片则是对照组。

图说：带有相变材料的太阳能板

来源：[3]

这个团队对这些太阳能板进行了发电效率、模组温度和电力输出等方面的性能比较。在2022年7月进行测量时，环境温度已经达到了43.5℃，太阳辐射值在每平方公尺300到956瓦之间。

分析结果显示，对照组太阳能板没有添加相变材料，其温度在38.65到69.4℃之间，日均温度为54.7℃。相比之下，使用石蜡后的平均温度略微下降至54.21℃，而使用天然蜜蜡可以将平均温度降至51.66℃。若使用两种材料，平均温度则下降至53.62℃。

研究团队指出，在下午2:00至3:00之间，添加蜡的太阳能板温度低于对照组，因为蜡在此时开始熔化。然而，由于蜡无法再吸收更多热量，它会凝固并释放热量，导致太阳能板温度上升。

在发电效果方面，使用天然蜜蜡可以将发电效率提高1%，同时降温4度。研究团队得出结论，使用蜜蜡的太阳能板的效率在13%到14%之间，他们强调相变材料可以用于太阳能板降温，从而提高整体效率。

太阳能电池板“出汗”后不怕高温

其实，在我国，科学家也研究出了一种让太阳能电池板“出汗”来使其冷却，同时不降低其效率的方法。

香港理工大学的环境研究团队对标准硅太阳能电池板进行了一项实验，他们将1厘米厚的凝胶片压在电池板底部。他们的设想是，这种凝胶在白天会从太阳能电池板中吸收热量，并释放水蒸气。蒸发的水蒸气能够冷却太阳能电池板，类似于人体皮肤上汗水蒸发带来的降温效果。

此外，研究人员发现，所需凝胶的量主要取决于环境湿度。在35%湿度的沙漠环境中，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%的高温地区，每平方米电池板只需要0.3公斤凝胶。

无论是哪种应用场景，结果都一致：水冷式太阳能电池板的温度降低了10摄氏度，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。

然而，据了解，雨水会溶解凝胶中的氯化钙盐，减弱其吸水性能。因此，研究团队正在研发第二代凝胶，这种凝胶即使遇水也不会降解。

“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。

首图来源：Future Generation Energy

图片来源：Skyscraper City

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