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图片来自网络 2020年5月11日，《自然·可持续发展》（Nature Sustainability）期刊发表阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）研究人员文章《基于大气水分吸收—蒸发循环进行太阳能面板冷却》（Photovoltaic panel cooling by atmospheric water sorption–evaporation cycle）称，该校研究人员开发的冷却系统将太阳能面板的效率提高了近20％，并且无需外部能源即可运行。 目前，全球已安装了600 GW以上的太阳能面板，预计总容量每年都在迅速增加。光伏转换中的一个基本问题是太阳光下太阳能面板的大量发热，这占总吸收太阳能的75％~96％，因此大大提高了温度，降低了太阳能面板的能源效率和寿命。因此，在如阿拉伯沙漠等炎热环境中，散热问题变得更加严重。目前，采用包括制冷或空调在内的常规技术来冷却太阳能面板的努力消耗的能量往往比通过提高效率获得的能量要多。来自KAUST海水淡化和再利用中心的研究人员开发了一种概念验证设备，旨在通过利用地球气候的自然属性来解决这一难题。此前，KAUST的研究人员开发了一种含有氯化钙的聚合物，氯化钙是一种强力干燥剂。当暴露在潮湿的空气中时，这种材料会随着钙盐将水带入凝胶中而逐渐膨胀，最终使其初始重量增加一倍。 通过将吸收热量的碳纳米管引入聚合物框架，研究小组发现他们可以逆转这个循环，利用太阳能来触发水分的释放。研究人员指出，这种凝胶特性之一是它能够自我粘附在许多表面，包括太阳能面板的底部。人工日光对照实验显示，一种完全填充的凝胶可以触发释放出足够的水分，将面板温度降低10℃。在此之后，研究小组建立了一个户外测试的原型。研究人员观察到这种凝胶能够从夜间闷热的空气中吸收水分，然后在白天温度升高时释放出水分。结果显示，在冬季和夏季在沙特阿拉伯进行的室外现场测试中，它使普通商用太阳能面板的发电量增加了13％~19％，效率提升甚至比室内实验还要大，研究人员推测，这一变化可能是由于室外传热和传质的改善。 研究人员称，这套基于大气集水的太阳能面板冷却方案在应用方面几乎没有地域限制，并且有可能改善现有和未来光伏电站的电力生产，这可以为更少的CO2排放量或更少的太阳能面板占用土地做出贡献。随着太阳能在全球应对气候变化的努力中占据中心地位，基于大气集水器的制冷方案代表了迈向可持续性的重要一步。 |
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