Полимеры, которые поглощают воду из атмосферы, могут облегчить работу фотоэлектрических устройств в жарком климате

Учёные из Университета науки и технологий им. короля Абдуллы (KAUST), Саудовская Аравия, представили в научном онлайн-издании Nature Sustainability результаты своих исследований по увеличению эффективности солнечных батарей. Новая технология охлаждения позволила повысить эффективность прототипа солнечной панели до 20 процентов и не требует внешнего источника энергии для работы.

Коммерческие кремниевые фотоэлектрические панели способны преобразовывать лишь небольшую часть поглощенного солнечного света в электричество, тогда как остальная часть излучения превращается в тепло. Поскольку солнечные панели теряют эффективность при каждом повышении температуры, проблема рассеивания тепла становится особенно острой в жарких условиях, таких как Аравийская пустыня.

К сожалению, традиционные технологии охлаждения потребляют больше энергии, чем может быть получено за счет повышения эффективности. Команда, возглавляемая Пэн Вангом из Центра опреснения и повторного использования воды KAUST, разработала устройство для проверки концепции, направленной на решение этой проблемы путем использования естественных свойств климата Земли.

Ранее исследователи KAUST разработали полимер, содержащий хлорид кальция, мощный осушитель. При воздействии влажного воздуха этот материал постепенно расширяется, так как соли кальция затягивают воду в гель, удваивая его первоначальный вес. Внедрив углеродные нанотрубки, поглощающие тепло, в полимерный каркас, команда обнаружила, что они могут обратить этот цикл вспять и вызвать высвобождение воды с помощью тепла солнечной энергии.

Рэньюань Ли, докторант из группы Вана, отмечает, что одним из полезных свойств геля была его способность самостоятельно и надёжно прилипать к многочисленным поверхностям, в том числе к нижней части солнечных панелей. После того, как контролируемые эксперименты с искусственным солнечным светом показали, что полностью заполненный гель может освободить достаточно воды, чтобы снизить температуру панели на 10 градусов Цельсия, команда решила создать прототип для испытаний на открытом месте в кампусе KAUST.

Как в летнее, так и в зимнее время года исследователи наблюдали, как гель поглощал воду из влажного ночного воздуха, а затем высвобождал жидкость, когда повышались дневные температуры. Удивительно, но солнечные панели продемонстрировали увеличение эффективности даже больше, чем в экспериментах внутри помещений, что, по мнению исследователей, может быть связано с улучшенным теплообменом на открытом воздухе.

«Эта работа демонстрирует преимущества использования атмосферной воды для борьбы с изменением климата», - говорит Ли. «Мы считаем, что эта технология охлаждения может удовлетворить требования многих приложений, потому что водяной пар есть везде, и эту технологию охлаждения легко масштабировать. Устройства могут быть величиной в несколько миллиметров для электронных устройств, а могут быть и увеличены в сотни квадратных метров для охлаждения зданий, и даже использоваться для пассивного охлаждения электростанций».

Источник