Ze świata: Nowy żel chłodzący może zwiększyć wydajność modułów fotowoltaicznych o 12%

Grupa naukowców z saudyjskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii im. Króla Abdullaha (KAUST) opracowała nowatorską, niedrogą technologię pasywnego chłodzenia paneli fotowoltaicznych.

Składa się on z kompozytów hydrożelu kwasu poliakrylowego sodu (PAAS) i chlorku litu (LiCl) nakładanych na tylną stronę modułu słonecznego. „Specjalizujemy się w materiałach umożliwiających pasywne chłodzenie” – powiedział badacz Qiaoqiang Gan. „Materiały te są cienkie i można je umieszczać na różnych systemach wymagających chłodzenia do działania, takich jak szklarnie i ogniwa słoneczne, bez wpływu na ich wydajność”.

Aby stworzyć kompozyt, naukowcy połączyli LiCl i PAAS w stosunku 2:1. Po wymieszaniu materiałów wlali mieszaninę do formy, gdzie utwardzano ją przez godzinę, aby uzyskać płaski kształt. Według naukowców, konkretny stosunek został wybrany w celu zapewnienia odporności kompozytu na ekstremalne warunki, takie jak wilgotność względna powyżej 90% i temperatura powyżej 30°C.

„Kompozyt wykorzystuje właściwości higroskopijne środka osuszającego, umożliwiając mu wchłanianie wilgoci w nocy i ułatwiając chłodzenie przez parowanie w ciągu dnia” – wyjaśniają naukowcy. „W tym kompozycie cząsteczki PAAS zwiększają zdolność magazynowania wody dzięki swoim wysoce hydrofilowym grupom karboksylanowym. Podczas gdy kryształy LiCl działają jako środki higroskopijne, aktywnie pochłaniając wilgoć z otoczenia, woda zgromadzona w kompozycie jest uwalniana stopniowo przez cały dzień dzięki zrównoważonej zawartości LiCl, co eliminuje potrzebę wymiany warstwy chłodzącej”.

Aby przetestować swoje nowe rozwiązanie, zespół wykorzystał panel fotowoltaiczny z polikrystalicznego krzemu o wymiarach 54 mm × 54 mm. Na jego tylnej stronie nałożono warstwę o grubości 7 mm, która po wchłonięciu wody rozszerzyła się do około 10 mm. Następnie przetestowano ją w kilku lokalizacjach, w laboratoriach w Arabii Saudyjskiej i Stanach Zjednoczonych, a także w warunkach terenowych. 21-dniowe testy terenowe przeprowadzono w saudyjskim mieście Thuwal, a miesięczne eksperymenty terenowe w Buffalo w stanie Nowy Jork.

„W testach laboratoryjnych osiągnęliśmy imponującą wydajność chłodzenia” – powiedział zespół. „Podczas ekspozycji na ciągłe promieniowanie słoneczne o natężeniu 1 kW/m2 przez 3 godziny moc chłodzenia osiągnęła 373 W/m2, a po wydłużeniu czasu pracy do 12 godzin spadła do 187 W/m2. W symulowanych warunkach rzeczywistego promieniowania słonecznego na zewnątrz system zapewnił średnią moc chłodzenia wynoszącą 160 W/m2, osiągając wartość szczytową 247 W/m2 między godziną 10:00 a 11:00”.

W przypadku testów zewnętrznych w Arabii Saudyjskiej, przy temperaturze 37°C i wilgotności względnej 53%, osiągnięto stałą moc chłodzenia wyparnego wynoszącą 175 W/m². „W południe odnotowano znaczny spadek temperatury do 14,1°C (średnio 12,5°C w godzinach 12:00–13:00), co doprowadziło do znacznego wzrostu wydajności konwersji energii z 13,1% do 14,7% — poprawa o około 12,2%” — podkreślili.

Dzięki testom przeprowadzonym w Stanach Zjednoczonych zespół doszedł również do wniosku, że poprawa wydajności chłodzenia wydłuża żywotność paneli fotowoltaicznych o ponad 200% i zmniejsza uśredniony koszt energii elektrycznej o 18%. Obliczyli również, że koszt materiału wynosi około 37 USD/m², i podkreślili, że jest on „niższy niż w większości poprzednich badań wykorzystujących metody chłodzenia hydrożelowego lub niehydrożelowego”.