Ze světa: Nový chladicí gel může zvýšit účinnost fotovoltaických modulů o 12 %

Skupina vedená vědci ze saúdskoarabské King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) vyvinula novou, nízkonákladovou technologii pasivního chlazení fotovoltaických panelů.

Skládá se z hydrogelových kompozitů polyakrylového kyseliny sodné soli (PAAS) a chloridu lithného (LiCl), které se nanášejí na zadní stranu solárního modulu. „Specializujeme se na materiály, které umožňují pasivní chlazení,“ řekl výzkumník Qiaoqiang Gan. „Tyto materiály jsou tenké a lze je umístit na různé systémy, které pro svůj provoz vyžadují chlazení, jako jsou skleníky a solární články, aniž by to ovlivnilo jejich výkon.“

K vytvoření kompozitu vědci smíchali LiCl a PAAS v poměru 2:1. Po smíchání materiálů nalili směs do formy, kde ji nechali jednu hodinu vytvrdit, aby získala plochý tvar. Podle akademiků byl tento poměr zvolen tak, aby byla zajištěna odolnost kompozitu v extrémních podmínkách, jako je relativní vlhkost nad 90 % a teploty nad 30 °C.

„Kompozit využívá hygroskopické vlastnosti vysoušedla, které mu umožňují absorbovat vlhkost přes noc a usnadňovat odpařovací chlazení během denních hodin,“ vysvětlili. „V tomto kompozitu zvyšují molekuly PAAS kapacitu pro ukládání vody díky svým vysoce hydrofilním karboxylátovým skupinám. Zatímco krystaly LiCl působí jako hygroskopické látky, které aktivně absorbují vlhkost z okolí, voda uložená v kompozitu se díky vyváženému obsahu LiCl uvolňuje postupně po celý den, takže není nutné chladicí vrstvu vyměňovat.“

K otestování svého nového vývoje použil tým polykrystalický křemíkový fotovoltaický panel o rozměrech 54 mm × 54 mm. Na jeho zadní stranu byla nanesena 7 mm silná vrstva, která se po absorpci vody roztažila na asi 10 mm. Poté byl testován na několika místech, v laboratořích v Saúdské Arábii a Spojených státech, stejně jako v terénních testech. 21denní terénní test se uskutečnil v saúdskoarabském městě Thuwal, zatímco měsíční terénní experiment proběhl v Buffalu ve státě New York.

„V laboratorních testech jsme dosáhli působivého chladicího výkonu,“ uvedlo tým. „Při vystavení nepřetržitému slunečnímu záření o intenzitě 1 kW/m2 po dobu 3 hodin dosáhl chladicí výkon 373 W/m2, který po prodloužení pracovní doby na 12 hodin klesl na 187 W/m2. Při simulovaném slunečním záření v reálném čase dosáhl systém průměrného chladicího výkonu 160 W/m2, s maximem 247 W/m2 mezi 10:00 a 11:00.“

Pokud jde o venkovní testy v Saúdské Arábii, při teplotě 37 °C a relativní vlhkosti 53 % bylo dosaženo trvalého odpařovacího chladicího výkonu 175 W/m². „V poledne bylo zaznamenáno významné snížení teploty až o 14,1 °C (v průměru 12,5 °C mezi 12:00 a 13:00), což vedlo k podstatnému zvýšení účinnosti přeměny energie z 13,1 % na 14,7 %, což představuje zlepšení přibližně o 12,2 %,“ zdůraznili.

Na základě testů provedených ve Spojených státech tým také dospěl k závěru, že zvýšení účinnosti chlazení prodlužuje životnost fotovoltaických panelů o více než 200 % a snižuje vyrovnané náklady na elektřinu o 18 %. Vypočítali také, že náklady na materiál činí přibližně 37 USD/m², a zdůraznili, že jsou „nižší než ve většině předchozích studií využívajících hydrogelové nebo nehydrogelové metody chlazení“.