Επιστήμονες από την Κίνα παρουσίασαν μια πρωτοποριακή υδρογέλη ψύξης για φωτοβολταϊκά πάνελ, η οποία μπορεί να αυξήσει την παραγωγή ενέργειας κατά 13% σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα. Αυτή η διάφανη επίστρωση έχει τη δυνατότητα να μειώσει τη θερμοκρασία των “hotspots” – περιοχών υπερθέρμανσης στα φωτοβολταϊκά κύτταρα που οφείλονται σε ατέλειες, σκίαση από φύλλα, περιττώματα πουλιών ή ρύπους – κατά 16 βαθμούς Κελσίου. Τα hotspots αποτελούν συχνή αιτία βλάβης και κινδύνου πυρκαγιάς στα ηλιακά πάνελ.
Οι ερευνητές από το Πολυτεχνείο του Χονγκ Κονγκ, το Πανεπιστήμιο Tianjin και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Hebei, αναφέρουν σε δημοσίευσή τους στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Energy Materials, ότι η στρατηγική ψύξης που ανέπτυξαν μπορεί να αντισταθμίσει περίπου το 50% της απώλειας παραγωγής ενέργειας που προκαλείται από τα hotspots σε ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά κτίρια (building-integrated photovoltaics), υπογραμμίζοντας τις σημαντικές δυνατότητες για μελλοντικές εφαρμογές.
Μετά τη δημοσίευση των ευρημάτων τους, η ομάδα ερευνητών δήλωσε ότι έλαβε θετικά σχόλια και ενδιαφέρον από διάφορες εταιρείες που επιθυμούν να συνεργαστούν για την εμπορική εκμετάλλευση της τεχνολογίας υδρογέλης ψύξης. Ο επικεφαλής της έρευνας, Jerry Yan Jinyue, καθηγητής ενέργειας και κτιρίων στο PolyU, ανέφερε ότι τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν την ανάπτυξη σε μεγάλη κλίμακα και τη συνεργασία με βιομηχανικούς εταίρους για τη διάθεση αυτής της τεχνολογίας στην ηπειρωτική Κίνα και σε άλλες χώρες παγκοσμίως.
Η επίστρωση αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε θερμές, ηλιόλουστες περιοχές κοντά στον Ισημερινό, όπως η Νοτιοανατολική Ασία και η νότια Κίνα, όπου τα ηλιακά πάνελ είναι πιο πιθανό να υπερθερμανθούν. Στη μελέτη, η υδρογέλη μείωσε τη θερμοκρασία των φωτοβολταϊκών (PV) πάνελ που σκιάζονταν από ένα δέντρο από 55.7 βαθμούς σε 39.4 βαθμούς, σημειώνοντας μείωση 16.3 βαθμών.
Ο Yan Jinyue εξήγησε ότι η προσθήκη του συστήματος υδρογέλης αυξάνει το κόστος ενός ηλιακού πάνελ κατά περίπου 10.7%. Ωστόσο, σε περιοχές με υψηλές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας και άφθονο ηλιακό φως, όπως η Σιγκαπούρη και το Χονγκ Κονγκ, η επιπλέον δαπάνη μπορεί να αποσβεστεί σε μόλις τρία έως 4.5 χρόνια χάρη στην επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται. Σε περιοχές με χαμηλότερες τιμές ηλεκτρικής ενέργειας, όπως το Tianjin, η περίοδος αποπληρωμής είναι μεγαλύτερη, αλλά αναμένεται να μειωθεί καθώς θα αυξηθεί η παραγωγή. Η μελέτη εκτιμά την περίοδο αποπληρωμής για το Tianjin στα 11.1 χρόνια.
Ο Yan Jinyue τόνισε ότι τα “hotspots” μπορούν να προκαλέσουν απώλεια ενέργειας και μερικές φορές να καταστρέψουν τα ηλιακά πάνελ. “Για κάθε βαθμό που ανεβαίνει η θερμοκρασία του πάνελ, χάνεται περίπου 0.4% έως 0.5% της απόδοσής του. Τα hotspots επιταχύνουν επίσης τη γήρανση και, σε σπάνιες περιπτώσεις, μπορούν να προκαλέσουν πυρκαγιές. Μελέτες δείχνουν ότι πάνω από το ένα τρίτο των ηλιακών πάνελ έχουν παρουσιάσει αυτά τα προβλήματα υπερθέρμανσης, με μέση αύξηση της θερμοκρασίας 21.7 βαθμούς στις επηρεαζόμενες περιοχές”, δήλωσε.
Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, η ομάδα ανέπτυξε μια επίστρωση υδρογέλης από ένα υλικό που απορροφά νερό, γνωστό ως πολυακρυλαμίδιο, το οποίο ενισχύεται με την προσθήκη ενός πυκνωτικού παράγοντα, της υδροξυαιθυλοκυτταρίνης. “Επίσης, ενσωματώνουμε βαμβακερά νήματα σε σχέδιο που μοιάζει με φύλλο, για να βοηθήσουμε τη μεταφορά νερού στις θερμότερες περιοχές, διατηρώντας την επίδραση ψύξης ομοιόμορφη και μακροχρόνια. Στην κορυφή, υπάρχει ένα λεπτό, πορώδες στρώμα πολυτετραφθοροαιθυλενίου που προστατεύει από τη σκόνη και ελέγχει την εξάτμιση του νερού”, εξήγησε. Το πολυτετραφθοροαιθυλένιο, ή PTFE, είναι ευρύτερα γνωστό με την εμπορική ονομασία Teflon και χρησιμοποιείται ως αντικολλητική επίστρωση σε μαγειρικά σκεύη.
Δοκιμές σε εξωτερικούς χώρους διάρκειας αρκετών μηνών έδειξαν ότι η επίστρωση υδρογέλης ήταν σταθερή και αξιόπιστη, όπως δήλωσε ο Yan Jinyue, προσθέτοντας ότι η ομάδα σχεδιάζει να την εγκαταστήσει σε μεγαλύτερη κλίμακα στην πανεπιστημιούπολη του PolyU στα μέσα του τρέχοντος έτους για να δοκιμαστεί περαιτέρω η αποτελεσματικότητά της σε πραγματικές συνθήκες.
