這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)有望在高密度城市中將太陽能年發(fā)電量最高提升7%。

香港研究人員開發(fā)出一種低成本水凝膠涂層，能有效冷卻太陽能板熱斑并提升輸出功率，從而全面提高光伏系統(tǒng)的性能與可靠性。該涂層針對(duì)熱斑現(xiàn)象——即單個(gè)太陽能電池或電池局部區(qū)域相比周圍電池產(chǎn)生異常高溫的情況。熱斑通常由局部遮陰引發(fā)，是光伏系統(tǒng)中最頑固的難題之一。

熱斑不僅會(huì)降低發(fā)電效率，還可能導(dǎo)致組件失效、長(zhǎng)期性能衰退甚至引發(fā)火災(zāi)。研究顯示，高達(dá)22%的光伏組件故障發(fā)生在運(yùn)行僅三年內(nèi)，其根源正是熱斑問題。

這項(xiàng)涂層技術(shù)由香港理工大學(xué)能源與建筑講座教授嚴(yán)鋒博士及建筑環(huán)境與能源工程學(xué)系研究助理劉俊偉博士共同研發(fā)。

應(yīng)對(duì)太陽能熱斑

據(jù)香港理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)介紹，在太陽能板表面應(yīng)用這種水凝膠冷卻層，可使熱斑溫度最高降低29華氏度（16攝氏度）。實(shí)驗(yàn)室及系統(tǒng)級(jí)測(cè)試表明，該降溫效果可轉(zhuǎn)化為高達(dá)13%的功率輸出提升。嚴(yán)鋒強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)水凝膠冷卻技術(shù)無需改動(dòng)現(xiàn)有電路設(shè)計(jì)即可解決熱斑問題。

該技術(shù)兼具成本效益與使用便捷性，特別適合城市環(huán)境。"以香港和新加坡為例，我們團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)這項(xiàng)技術(shù)可能分別實(shí)現(xiàn)6.5%和7.0%的年發(fā)電量提升，"嚴(yán)鋒表示。應(yīng)用于屋頂及建筑一體化光伏系統(tǒng)時(shí)，該涂層預(yù)計(jì)可挽回近半數(shù)因熱斑導(dǎo)致的發(fā)電損失。"投資回報(bào)周期顯著縮短，僅需4.5年與3.2年。"

提升光伏可靠性

熱斑是太陽能裝置的普遍問題。一項(xiàng)針對(duì)330余萬塊光伏組件的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，36.5%的組件存在熱缺陷，受影響組件的平均溫升超過38華氏度（21攝氏度）。

異常高溫會(huì)加速材料老化與性能衰減，同時(shí)損害太陽能系統(tǒng)的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)性。研究團(tuán)隊(duì)將天然聚合物羥乙基纖維素與葉狀棉線纖維材料結(jié)合在水凝膠基質(zhì)中。"在全球范圍內(nèi)，這項(xiàng)創(chuàng)新有望抵消建筑一體化光伏系統(tǒng)約50%的熱斑發(fā)電損失，對(duì)太陽能技術(shù)進(jìn)步具有關(guān)鍵推動(dòng)作用，"嚴(yán)鋒說。

劉俊偉指出，該設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)水凝膠長(zhǎng)期使用中常見的開裂與收縮問題。"傳統(tǒng)水凝膠在長(zhǎng)期使用后體積收縮率可達(dá)46%，而我們的創(chuàng)新技術(shù)將體積收縮率控制在34%，顯著改善了開裂與收縮現(xiàn)象，"他在新聞稿中總結(jié)道。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)基于水凝膠的蒸發(fā)冷卻方案，以推動(dòng)新興光伏技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

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