Saudowie wynaleźli żel chłodzący, który zwiększa wydajność i żywotność paneli PV

Naukowcy z Arabii Saudyjskiej opracowali kompozyt hydrożelowy, który pochłania wilgoć w modułach słonecznych w ciągu nocy i ułatwia chłodzenie w ciągu dnia. Może on podnieść wydajność modułów fotowoltaicznych nawet o 12%.
 
System przeszedł testy laboratoryjne i eksperymenty plenerowe na dwóch kontynentach. Grupa kierowana przez naukowców z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego Króla Abdullaha (KAUST) w Arabii Saudyjskiej opracowała nowatorską, niedrogą technologię pasywnego chłodzenia paneli fotowoltaicznych.
 
Specjalny kompozyt wchłania wilgoć w nocy, która chłodzi panele w ciągu dnia
 
Składa się z kompozytów hydrożelowych, soli sodowej kwasu poliakrylowego (PAAS) i chlorku litu (LiCl), nałożonych na tylną stronę modułu PV. Materiały te są cienkie i można je umieszczać w różnych systemach wymagających chłodzenia, takich jak szklarnie i ogniwa słoneczne, bez wpływu na wydajność.
 
Aby stworzyć kompozyt, naukowcy połączyli LiCl i PAAS w stosunku 2:1. Po wymieszaniu materiałów wlano mieszaninę do formy, gdzie utwardzano ją przez godzinę, uzyskując płaski kształt. Zdaniem naukowców konkretny współczynnik został wybrany tak, aby zapewnić odporność kompozytu w ekstremalnych warunkach, takich jak wilgotność względna powyżej 90% i temperatura powyżej 30°C.
 
Kompozyt wykorzystuje higroskopijne właściwości środka suszącego, umożliwiając mu wchłanianie wilgoci przez noc i ułatwianie chłodzenia wyparnego w ciągu dnia. Woda zmagazynowana w kompozycie jest uwalniana stopniowo przez cały dzień dzięki zrównoważonej zawartości LiCl, eliminując potrzebę wymiany warstwy chłodzącej.
 
Aby przetestować swoje nowe rozwiązanie, zespół użył panelu fotowoltaicznego z krzemu polikrystalicznego o wymiarach 54 mm × 54 mm. Na jego tył nałożono warstwę o grubości 7 mm, która po wchłonięciu wody rozszerzyła się do około 10 mm. Następnie został przetestowany w kilku lokalizacjach, w laboratoriach zarówno w Arabii Saudyjskiej, jak i w Stanach Zjednoczonych, a także w testach terenowych.
 
Wynalazek przeszedł testy z sukcesem w dwóch krajach
 
21-dniowy test terenowy przeprowadzono w mieście Thuwal w Arabii Saudyjskiej, natomiast miesięczny eksperyment terenowy przeprowadzono w Buffalo w stanie Nowy Jork. W testach laboratoryjnych osiągnięto imponującą wydajność chłodzenia. Po wystawieniu na ciągłe promieniowanie słoneczne o natężeniu 1 kW/m2 przez 3 godziny moc chłodzenia osiągnęła 373 W/m2, która spadła do 187 W/m2 po wydłużeniu okresu pracy do 12 godzin. W warunkach symulowanego zewnętrznego promieniowania słonecznego w czasie rzeczywistym system zapewniał średnią moc chłodzenia 160 W/m2, osiągając szczytową wartość 247 W/m2 między 10:00 a 11:00.
 
Jeśli chodzi o testy zewnętrzne w Arabii Saudyjskiej, przy temperaturze 37 C i wilgotności względnej 53%, uzyskano trwałą moc chłodzenia wyparnego na poziomie 175 W/m².
 
 W okolicach południa zanotowano znaczny spadek temperatury, aż do 14,1°C (średnio 12,5°C w godzinach 12:00–13:00), co przełożyło się na znaczny wzrost sprawności konwersji mocy, z 13,1% do 14,7%, co oznacza poprawę o około 12,2%.
 
Chłodzenie paneli może znacząco przedłużyć ich żywotność
 
Testy przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych wykazały również, że zwiększenie wydajności chłodzenia wydłuża żywotność paneli fotowoltaicznych o ponad 200% i zmniejsza uśredniony koszt energii elektrycznej o 18%.
 
Naukowcy 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.
 
Swoją nowatorską technikę zaprezentowali w artykule „Usprawnione wytwarzanie niedrogiego higroskopijnego kompozytu do niskoobsługowego chłodzenia wyparnego paneli słonecznych”, który został niedawno opublikowany w czasopiśmie Materials Science & Engineering R.