新型太阳能面板从空气中吸水以实现自我降温，可提升设备的能量产出量

     和人类一样，太阳能面板在过热时工作状态会大打折扣。如今，研究人员找到了一种让面板 “出汗” 的方法 —— 通过这种方式，面板可实现自我降温，进而提升发电量。

      “这是一种简单、精巧且高效的方案，能对现有太阳能电池板进行改造，使其效率立即得到提升。” 马里兰大学帕克分校（University of Maryland, College Park）的材料科学家胡良兵（Liangbing Hu）表示。

      目前，全球太阳能发电装机容量已超过 600 吉瓦，满足了全球 3% 的电力需求。预计未来十年，这一装机容量将增长至当前的五倍。大多数太阳能面板采用硅材料将太阳能转化为电能，但普通硅基电池仅能将照射在其表面的 20% 太阳能转化为电流，其余大部分能量则转化为热量，可能导致面板温度升高多达 40 摄氏度。而且，当面板温度超过 25 摄氏度时，每升高 1 度，效率就会下降。华中科技大学材料科学家周军（Jun Zhou）指出，在工程师们为提升 0.1% 的能量转换效率都需全力以赴的领域，即便是 1% 的效率提升，也会带来显著的经济收益。

      数十年前，研究人员就已发现，用水冷却太阳能面板可实现这一效率提升。如今，部分企业甚至已开始销售水冷系统。但这类系统需要充足的水源，还需配备储水箱、管道和水泵 —— 在干旱地区以及基础设施薄弱的发展中国家，这种方案几乎派不上用场。

     此时，大气水收集器（atmospheric water collector）应运而生。近年来，研究人员研发出了能从空气中吸收水蒸气并将其凝结为液态水（可用于饮用）的材料。其中性能最佳的是一种凝胶：在空气凉爽、湿度较高的夜间，这种凝胶能强效吸附水蒸气。该凝胶由聚合物中的碳纳米管与具有吸水特性的氯化钙盐混合制成，可促使水蒸气凝结成小液滴并将其储存。白天温度升高时，凝胶会释放水蒸气；若用透明塑料覆盖，释放的水蒸气会被截留，重新凝结为液态水，随后流入储水容器。

      香港理工大学环境工程师王鹏（Peng Wang）及其团队想到了这种凝结水的另一种用途：作为太阳能面板的冷却剂。于是，研究人员将一块 1 厘米厚的凝胶片紧贴在标准硅基太阳能面板的底部。他们的设计思路是：白天，凝胶会吸收太阳能面板的热量，使前一晚从空气中吸附的水分蒸发，并通过凝胶底部释放水蒸气。蒸发的水分会为太阳能面板降温，就像皮肤表面汗液蒸发为人体降温一样。

       研究人员发现，所需凝胶的用量主要取决于环境湿度：在湿度为 35% 的沙漠环境中，每平方米太阳能面板需 1 千克凝胶来实现冷却；而在湿度为 80% 的潮湿环境中，每平方米面板仅需 0.3 千克凝胶。

      王鹏团队在《自然・可持续发展》（Nature Sustainability）杂志中指出，无论在何种湿度环境下，这种水冷式太阳能面板的温度最高可降低 10 摄氏度。在一项户外测试中，受风力辅助降温的影响，冷却后的面板发电量平均提升了 15%，最高甚至达到 19%。

      “这样的效率提升意义重大。” 周军表示，但他也指出，雨水可能会溶解凝胶中的氯化钙盐，导致其吸水性能下降。王鹏认同这一问题，但强调凝胶位于太阳能面板下方，面板本身可起到遮雨作用。目前，他和团队还在研发第二代凝胶，即便遇水也不会降解。

       王鹏还提到，另一种设计方案是在水分从凝胶中蒸发后，对其进行收集并重新凝结。这些凝结水可用于清洁太阳能面板表面堆积的灰尘 —— 这一设计能同时解决导致发电量下降的另一个问题。此外，这些水也可储存起来供饮用，从而满足干旱地区的另一项迫切需求。

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