Снижение температуры фотоэлектрического модуля с помощью охлаждающего патча

Аккумулятор FIAMM 12FGL42

Ученые из Гонконга разработали пластырь, который эффективно охлаждает фотоэлектрические панели и использует отработанное тепло для производства пресной воды. Он состоит из трех слоев: устройства для сбора атмосферной воды, терморегулирующего слоя и клеевого слоя. Сообщается, что максимальная удельная мощность в сложенном варианте пластыря для сверхбыстрого охлаждения увеличилась более чем на 28 %.

Исследовательская группа под руководством учёных из Городского университета Гонконга разработала ультраохлаждающую накладку (UCP), которая эффективно охлаждает фотоэлектрические панели и использует отработанное тепло для производства пресной воды. По словам разработчиков, гибкость и адгезивные свойства накладки позволяют легко интегрировать её в различные конфигурации фотоэлектрических систем.

«UCP состоит из трёх слоёв: устройства для сбора атмосферной воды (AWH), терморегулирующего слоя и адгезивного слоя», — объяснила команда. «Ночью UCP улавливает влагу из воздуха, а выровненный канал в UCP и эффект радиационного охлаждения фотоэлектрической панели синергетически повышают эффективность поглощения влаги. Днём фотоэлектрическая панель вырабатывает электричество и тепло под воздействием солнечного излучения. Отработанное тепло можно использовать для испарения воды в UCP, а скрытая теплота испарения воды эффективно охлаждает фотоэлектрическую панель.

Чтобы создать слой AWH, команда начала с изготовления гидрогелевого каркаса из альгината натрия с каналами. В каналы был помещён хлорид кальция (CaCl₂), гигроскопичная соль, которая поглощает влагу из воздуха в ночное время. Для создания слоя теплопередачи группа поместила тонкий медный лист, который помогает отводить тепло от солнечной панели к пластырю. Наконец, был добавлен клеевой слой из силиконовых гелей разной вязкости. Это позволяет UCP сцепляться с другими материалами, включая полимеры, металлы, керамику и стекло.

«Фотоэлектрическая панель, использованная в эксперименте, имела размеры 100 × 100 мм и эффективную площадь 8000,04 мм2. UCP был приклеен к нижней части фотоэлектрической панели, образуя фотоэлектрическую панель с UCP, которая затем была помещена на 3D-печатную подставку для облегчения выхода пара», — объяснили учёные. «При однократном облучении солнцем исходная фотоэлектрическая панель нагрелась до 60,6 °C, в то время как температура фотоэлектрической панели с усовершенствованным покрытием составила значительно меньшую величину — 38,9 °C, что свидетельствует о существенном снижении рабочей температуры на 21,7 °C. Соответственно, максимальная удельная выходная мощность фотоэлектрической панели значительно возросла — с 0,77 Вт до 0,92 Вт».

Используя гибкость материала, группа также протестировала патч в сложенном состоянии UCP (FUCP). Благодаря изменению формы UCP с добавлением рёбер был увеличен зазор между слоем терморегуляции и AWH, а также между AWH и воздухом. Устройство FUCP снизило температуру фотоэлектрической панели на 29,5 °C, а также увеличило максимальную удельную мощность на 28,69 % по сравнению с автономной фотоэлектрической панелью и почти на 8 % по сравнению с фотоэлектрической панелью UCP.

Затем команда оценила эффективность своей стратегии на крупномасштабном примере. Используя коммерчески доступную меламиновую губку и медную ленту, они изготовили FUCP размером 2000 × 1000 мм и установили его часть на обратной стороне коммерческой фотоэлектрической панели размером 1270 × 760 мм. Панель была размещена снаружи на пять дней экспериментов в Гонконгском политехническом университете.

“При естественном солнечном освещении FUCP значительно снизил рабочую температуру фотоэлектрической панели на 21,2 ° C и 24,7 ° C в течение первых двух дней. Благодаря охлаждающему эффекту производительность выработки электроэнергии увеличилась со 102,9 Вт до 115,1 Вт ”, - обнаружили исследователи. “За счет установки конденсационной камеры за фотоэлектрической панелью в дневное время можно собрать более 2,2 кг воды, которую можно использовать для домашнего потребления и самоочистки фотоэлектрических панелей”.