基于水凝胶珠和纳米流体的被动式太阳能组件冷却

一个英国-埃及研究小组已经测试了使用水凝胶珠来冷却光伏组件。微米级颗粒被氧化铝（Al2O3）水基纳米流体饱和，并放置在模拟光伏面板下方。据科学家称，该实验表明，水凝胶珠能够将温度显著降低 17.9 至 16.3 摄氏度。

用氧化铝纳米流体饱和的水凝胶珠。 图片：布里斯托大学

来自埃及本哈大学和英国布里斯托大学的研究人员开发了一种新的被动技术来冷却太阳能模块，该技术基于使用纳米流体而不是水的饱和水凝胶珠。

水凝胶珠是具有冷却特性的微型颗粒，由天然或合成聚合物制成，通常用于生物医学、药物输送和生物学研究。科学家们使用三种不同浓度的氧化铝（Al 2 O 3）水基纳米流体作为水凝胶珠的饱和剂。

通过超声处理将干水凝胶珠与纳米流体混合，超声处理应用声能来搅动液体中的颗粒或不连续纤维。学者们解释说：“在通风柜中测量了三种纳米颗粒的重量，并与水混合以获得三个百分比的重量浓度（0.1%、0.25% 和 0.5%）。”

实验设置。

图片：布里斯托大学

然后将饱和的珠子放置在模拟 PV 面板的背面下方，并在标准测试条件辐射下测试冷却溶液，温度在 30 到 3 摄氏度之间，面板表面周围的相对湿度在 40 到 50% 之间，以及风速接近于零。“面板温度是使用连接到每个背面并连接到数据记录器的 3 K 型热电偶来测量的，”英国 - 埃及小组指定。

实验表明，与未冷却的面板和仅用水饱和的水凝胶溶液相比，具有水凝胶珠的模拟面板表现出更好的热性能。“0.5%wt的优化浓度。与非制冷面板相比，氧化铝水基纳米流体在辐射强度分别为 800 和 1000 W/m 2时可以显着降低温度 17.9 和 16.3 摄氏度，”学者们肯定地说。“优化后的浓度可以将电池板的电力效率提高约 10.1%。”

研究人员继续说，对拟议技术成本的额外分析表明，在辐射强度为 800 和 1000 W/m 2的情况下，投资回收期分别为 16.1 年和 12 年。“可以注意到，由于纳米材料的昂贵成本，通过增加纳米流体的浓度，投资回收期会增加，”研究团队解释说。

“该技术已经可以用于商业生产，”研究合著者 Sabre Abdo 告诉pv 杂志。

被动冷却技术在研究中介绍了使用饱和水凝胶珠和氧化铝水基纳米流体冷却太阳能电池板的效果：具有经济分析的实验研究，发表在Solar Energy上。