Kluczem do sukcesu okazał się żel umożliwiający redukcję temperatur, w jakich działają moduły fotowoltaiczne. Idący za tym wzrost wydajności wyniósł aż 12 procent, a autorzy wdrożonej strategii wyjaśniają, na jakich zasadach działa zastosowany przez nich mechanizm. Szczegóły zamieścili w artykule zamieszczonym na łamach Materials Science & Engineering R.
Czytaj też: Rosyjska technologia zwiększa zasięg elektryków o połowę. Postępów jest więcej
Jak się okazuje, postawili na kompozyt hydrożelowy, którego właściwości sprawiają, że możliwe staje się pochłanianie wilgoci gromadzącej się w powietrzu nocą, by później skorzystać z niej za dnia w celu obniżenia temperatury, w jaki działają panele. Opracowane rozwiązanie najpierw sprawdziło się w testach prowadzonych w warunkach laboratoryjnych, a następnie przeszło ostateczną próbę w terenie – i to na dwóch różnych kontynentach.
Takie podejście, w postaci technologii pasywnego chłodzenia przeznaczonego dla paneli fotowoltaicznych, cechuje się relatywnie niskimi kosztami, co powinno być wiążące w kontekście jego komercjalizacji. Zastosowany materiał składa się z soli sodowej kwasu poliakrylowego i chlorku litu, które nakłada się na tylną stronę modułu fotowoltaicznego. Mówimy o cienkiej warstwie, cechującej się niską wagą, a co za tym idzie – możliwością szerokiego zastosowania bez obaw o to, że technologia chłodzenia przy okazji zredukuje wydajność całej instalacji.
Przedstawiciele KAUST w Arabii Saudyjskiej postawili na żel chłodzący, dzięki któremu doprowadzili do wzrostu wydajności paneli słonecznych
Tutaj jest wręcz odwrotnie, a żel chłodzący opracowany przez naukowców z Arabii Saudyjskiej miał sprawdzać się wszędzie tam, gdzie wilgotność względna przekracza 90%, natomiast temperatury skaczą powyżej 30 stopni Celsjusza. W takich warunkach właściwości higroskopijne materiału sprawiają, że może on pełnić rolę pochłaniacza wilgoci. Nagromadzona w nocy, zostaje później uwolniona za dnia.
Cząsteczki PAAS są bardzo ważne, ponieważ zwiększają pojemność magazynowania wody, natomiast kryształy LiCl działają jako środki higroskopijne odpowiedzialne za pozyskiwanie wilgoci z otoczenia. Kiedy temperatury rosną w ciągu dnia, woda ta jest stopniowo uwalniana, co pozwala ograniczać negatywny wpływ upału na wydajność i żywotność paneli słonecznych.
W teorii niewątpliwie jest obiecująco, a co się stanie, gdy przetestujemy to w praktyce? Najwyraźniej z takiego założenia wyszli członkowie zespołu badawczego, ponieważ wyposażyli testowy panel w tylną warstwę o grubości 7 milimetrów. Ta po wchłonięciu wody zwiększyła swoją grubość do 10 milimetrów. Najważniejszym etapem badań miało być wyzwanie terenowe, w ramach którego takie urządzenie przez 21 dni działało na wolnym powietrzu. Wybrano dwie lokalizacje: w Arabii Saudyjskiej oraz Stanach Zjednoczonych.
W tym pierwszym kraju, przy temperaturze 37 stopni Celsjusza i wilgotności względnej 53%, udało się osiągnąć stałą moc chłodzenia na poziomie 175 W/m². Około południa odnotowano spadek temperatury przekraczający 14 stopni Celsjusza, co przełożyło się na wzrost wydajności z 13,1 do 14,7%, czyli o nieco ponad 12%. Na podstawie testów za Oceanem ich autorzy uznali natomiast, że ich strategia chłodzenia ma przełożenie na wzrost żywotności paneli fotowoltaicznych o ponad 200%. Z kolei uśredniony koszt energii elektrycznej spadł o 18%. Co być może najważniejsze, proponowane rozwiązanie jest tańsze od dotychczas stosowanych na potrzeby chłodzenia fotowoltaiki.