Композитен материал охлажда фотоволтаиците в най-големия зной, за да повиши производителността им с над 10% (снимка: CC0 Public Domain)
Изследователи от Саудитска Арабия са разработили хидрогелен композит, който абсорбира влагата в слънчевите модули през нощта и улеснява изпарителното охлаждане през дневните часове. Системата е преминала през лабораторни тестове и експерименти на открито на два континента.
Група изследователи, ръководена от учени от Университета за наука и технологии „Крал Абдула“ (KAUST) в Саудитска Арабия, е разработила нова, нискобюджетна технология за пасивно охлаждане на фотоволтаични панели.
Тя се състои от хидрогелни композити от натриева сол на полиакрилова киселина (PAAS) и литиев хлорид (LiCl), нанесени върху задната страна на слънчевия модул. „Ние сме специализирани в материали, които позволяват пасивно охлаждане“, каза изследователят Цяоцян Ган. „Тези материали са тънки и могат да бъдат поставени върху различни системи, които изискват охлаждане за работа, като оранжерии и слънчеви клетки, без това да повлияе на производителността.“
За да създадат композита, изследователите комбинирали двете вещества в съотношение 2:1. След смесване на материалите изляли сместа в калъп, където тя се втвърдила за час, образувайки плоска форма. Според академиците, специфичното съотношение е избрано, за да се гарантира устойчивостта на композита при екстремни условия, като например нива на относителна влажност над 90% и температури над 30°C.
„В този композит молекулите на PAAS увеличават капацитета за съхранение на вода чрез своите силно хидрофилни карбоксилатни групи. Докато кристалите LiCl действат като хигроскопични агенти, които активно абсорбират влагата от околната среда. Водата, съхранявана в композита, се освобождава постепенно през целия ден поради балансираното съдържание на LiCl, елиминирайки необходимостта от подмяна на охлаждащия слой.“
За да тества новата си разработка, екипът е използвал поликристален силициев фотоволтаичен панел с размери 54 мм × 54 мм. На гърба му е нанесен слой с дебелина 7 мм, който набъбва до около 10 мм, след като водата се абсорбира. След това е тестван на няколко места, в лаборатории както в Саудитска Арабия, така и в Съединените щати, както и в полеви тестове. 21-дневен полеви тест e проведеn в градa Тувал в Саудитска Арабия, a едномесечен полеви експеримент – в Бъфало, Ню Йорк.
„Постигнахме впечатляваща охлаждаща производителност в лабораторни тестове“, каза екипът. „При излагане на непрекъсната слънчева радиация от 1 kW/m2 в продължение на 3 часа, охлаждащата мощност достигна 373 W/m2, която намаля до 187 W/m2 след удължаване на работния период до 12 часа. При симулирана слънчева радиация на открито в реално време, системата осигури средна охлаждаща мощност от 160 W/m2, достигайки пик от 247 W/m2 между 10:00 и 11:00 часа.“
Що се отнася до тестовете на открито в Саудитска Арабия, при температура от 37°C и относителна влажност от 53% e постигната устойчива изпарителна охлаждаща мощност от 175 W/m². „Значително понижение на температурата до 14,1°C беше регистрирано около обяд (средно 12,5°C от 12:00 до 13:00 часа), което доведе до значително увеличение на ефективността на преобразуване на енергията от 13,1% на 14,7% – подобрение от приблизително 12,2%“, подчертаха те.
Чрез тестовете в Съединените щати екипът също така заключawa, че подобрението в ефективността на охлаждане удължава експлоатационния живот на фотоволтаичните панели с над 200% и намалява изравнената цена на електроенергията с 18%. Те също така изчислиха, че цената на материала е приблизително 37 долара/м² и подчертаха, че е „по-ниска от повечето предишни проучвания, използващи хидрогелни или нехидрогелни методи за охлаждане“.