沙乌地阿拉伯夏季温度最高可达摄氏 50 度,这对长期置在户外的机电设备来说似乎有点过于残酷,对此科学家已经为太阳能板研发出冷却系统,透过像是「流汗」的机制,成功冷却太阳能板并提高 20% 发电效率。
太阳能天敌不只有阴雨绵绵与夜晚时刻,闷热高温天气也是阻碍。太阳能电池结构基本上由 P 型与 N 型半导体接合而成,这种结构称为 PN 接面。当电池吸收阳光时,PN 接面会产生电子电洞对(electron-hole pair),在内建电场的作用下,受到刺激的电子和失去电子的电洞会朝相反方向移动,进而产生电流与电压,但若温度提高,会加快电子电洞对再结合速度,使发电量下降。
因此在沙漠环境中,环保地解决太阳能板散热是当务之急,以免冷却所需的电力比太阳能发电量还要高,得不偿失。对此沙乌地阿拉伯阿布都拉国王科技大学(KAUST)认为,环境因素造成的问题,就用自然原理解决。
他们决定用氯化钙来解决问题,其中一般氯化钙的原料为盐,它极易吸湿潮解,也易溶于水,团队便透过氯化钙、奈米碳管研发出新型聚合物凝胶,当接触到湿气,就会吸收钙盐与水分渐渐胀大,而在聚合物结构中的奈米碳管,不仅可以吸热,还能让聚合物不断循环吸水与排水的过程。
研究员指出,这种神奇的凝胶可以黏在各式各样的地方,只要把凝胶黏在太阳能板背面后,当凝胶开始释放储存的水分,就可以帮面板降温摄氏 10 度左右。
实际在户外实验测试后,他们观察到这些凝胶会在闷热的夜晚中吸收水分,最后在白日艳阳高照时释放液体,就好像人们藉由流汗来散热一样,值得注意的是,或许是户外热传递与质量传递改善有关,他们还惊喜地发现太阳能板效率提高的幅度比室内研究还要多,达 13%-19%。
研究人员认为,这种冷却技术潜力应用範围广泛,毕竟水气无所不在,新技术适用于各种环境。
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