沙烏地阿拉伯夏季溫度最高可達攝氏 50 度,這對長期置在戶外的機電設備來說似乎有點過於殘酷,對此科學家已經為太陽能板研發出冷卻系統,透過像是「流汗」的機制,成功冷卻太陽能板並提高 20% 發電效率。
太陽能天敵不只有陰雨綿綿與夜晚時刻,悶熱高溫天氣也是阻礙。太陽能電池結構基本上由 P 型與 N 型半導體接合而成,這種結構稱為 PN 接面。當電池吸收陽光時,PN 接面會產生電子電洞對(electron-hole pair),在內建電場的作用下,受到刺激的電子和失去電子的電洞會朝相反方向移動,進而產生電流與電壓,但若溫度提高,會加快電子電洞對再結合速度,使發電量下降。
因此在沙漠環境中,環保地解決太陽能板散熱是當務之急,以免冷卻所需的電力比太陽能發電量還要高,得不償失。對此沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學(KAUST)認為,環境因素造成的問題,就用自然原理解決。
他們決定用氯化鈣來解決問題,其中一般氯化鈣的原料為鹽,它極易吸濕潮解,也易溶於水,團隊便透過氯化鈣、奈米碳管研發出新型聚合物凝膠,當接觸到濕氣,就會吸收鈣鹽與水分漸漸脹大,而在聚合物結構中的奈米碳管,不僅可以吸熱,還能讓聚合物不斷循環吸水與排水的過程。
研究員指出,這種神奇的凝膠可以黏在各式各樣的地方,只要把凝膠黏在太陽能板背面後,當凝膠開始釋放儲存的水分,就可以幫面板降溫攝氏 10 度左右。
實際在戶外實驗測試後,他們觀察到這些凝膠會在悶熱的夜晚中吸收水分,最後在白日艷陽高照時釋放液體,就好像人們藉由流汗來散熱一樣,值得注意的是,或許是戶外熱傳遞與質量傳遞改善有關,他們還驚喜地發現太陽能板效率提高的幅度比室內研究還要多,達 13%-19%。
研究人員認為,這種冷卻技術潛力應用範圍廣泛,畢竟水氣無所不在,新技術適用於各種環境。