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让太阳能电池板“出汗”降温

发布日期: 2020-05-27 20:37

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  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。

  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。