Μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) στη Σαουδική Αραβία ανέπτυξε ένα νέο σύνθετο υλικό με βάση το ακρυλικό που βελτιώνει την απόδοση των ηλιακών κυψελών.
Όταν εφαρμόστηκε σε ηλιακές κυψέλες που λειτουργούσαν στη Σαουδική Αραβία για αρκετές εβδομάδες, το υλικό αύξησε σημαντικά την παραγωγή ενέργειας και τη διάρκεια ζωής τους, μειώνοντας παράλληλα την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που κατανάλωναν. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Materials Science and Engineering: R.
Η ανάγκη για παθητική ψύξη και τα ηλιακά πάνελ
Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί βασικό τομέα για τις πράσινες οικονομίες παγκοσμίως, με τις ηλιακές κυψέλες να αποτελούν πάνω από τα τρία τέταρτα όλων των εγκαταστάσεων ανανεώσιμης ενέργειας. Ωστόσο, η παροχή αξιόπιστης και μακροχρόνιας ηλιακής ενέργειας παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις.
Τα εμπορικά ηλιακά πάνελ μετατρέπουν μόνο περίπου το 20% του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, ενώ το υπόλοιπο είτε απορροφάται ως θερμότητα είτε αντανακλάται. Αυτή η θερμότητα μειώνει την απόδοση και συντομεύει τη διάρκεια ζωής των πάνελ, οδηγώντας σε πρόωρη αντικατάσταση. Κατά συνέπεια, η ψύξη είναι απαραίτητη, αλλά τα παραδοσιακά συστήματα, όπως οι ανεμιστήρες και οι αντλίες, απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια. Η παθητική ψύξη προσφέρει μια εναλλακτική λύση που δεν καταναλώνει ενέργεια.
«Εξειδικευόμαστε σε υλικά που επιτρέπουν παθητική ψύξη. Αυτά τα υλικά είναι λεπτά και μπορούν να τοποθετηθούν σε διάφορα συστήματα που χρειάζονται ψύξη για να λειτουργήσουν, όπως τα θερμοκήπια και οι ηλιακές κυψέλες, χωρίς να επηρεάζεται η απόδοση», δήλωσε ο καθηγητής του KAUST Qiaoqiang Gan, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης.
Δοκιμές πεδίου σε συνθήκες ερήμου
Στη νέα μελέτη, που διεξήχθη μέσω του KAUST Center of Excellence for Renewable Energy and Storage Technologies, ο Gan και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν ένα υγροσκοπικό σύνθετο υλικό από χλωριούχο λίθιο και πολυακρυλικό νάτριο. Το υλικό αυτό απορροφά την υγρασία από τον αέρα τη νύχτα και την απελευθερώνει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το πολυακρυλικό είναι ένα φθηνό πολυμερές και η διαδικασία κατασκευής δεν απαιτεί επιβλαβείς χημικές ουσίες ή εξειδικευμένα αντιδραστήρια, σε αντίθεση με άλλα υγροσκοπικά υλικά που χρησιμοποιούνται για ψύξη. Αυτό καθιστά το σύνθετο υλικό πιο οικονομικά αποδοτικό.
Κατά τη λειτουργία για εβδομάδες στην έρημο της Σαουδικής Αραβίας, οι ηλιακές κυψέλες με το νέο υλικό ήταν κατά 9,4 °C ψυχρότερες από εκείνες χωρίς αυτό. Επίσης, παρουσίασαν αύξηση στην παραγωγή ισχύος άνω του 12% και αύξηση στη διάρκεια ζωής τους άνω του 200%, μειώνοντας παράλληλα το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σχεδόν κατά 20%.
Αποτελεσματικότητα σε διαφορετικά περιβάλλοντα
Εκτός από τη Σαουδική Αραβία, πειράματα πραγματοποιήθηκαν και σε ορισμένες από τις πιο ψυχρές περιοχές των ηπειρωτικών Ηνωμένων Πολιτειών υπό βροχόπτωση, για να αποδειχθεί ότι η τεχνολογία παθητικής ψύξης λειτουργεί σε οποιοδήποτε περιβάλλον.
Ο Gan δοκίμασε το σύνθετο υλικό σε ηλιακές κυψέλες που παρείχε ο καθηγητής του KAUST Stefaan De Wolf, του οποίου η ερευνητική ομάδα έχει επανειλημμένα καταρρίψει παγκόσμια ρεκόρ απόδοσης μέσω προσαρμοσμένων σχεδίων.
«Αυτή η εργασία είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα συνδυασμού διαφορετικών τομέων ειδίκευσης στο KAUST. Δοκιμάσαμε τη νέα τεχνολογία ψύξης σε ηλιακές κυψέλες κορυφαίας απόδοσης σε πολλαπλά περιβάλλοντα και είδαμε εξαιρετικά αποτελέσματα σε κάθε περίπτωση», δήλωσε ο De Wolf.
Αναφορά:
«Streamlined fabrication of an inexpensive hygroscopic composite for low maintenance evaporative cooling of solar panels» από τους Huangyu Fang, Saichao Dang, Prasanth Kumar, Jiake Wang, Lujia Xu, Yingkun Zhu, Abdullah Almogbel, Abdulrahman Albadri, Stefaan De Wolf και Qiaoqiang Gan, 16 Μαΐου 2025, Materials Science and Engineering: R: Reports. DOI: 10.1016/j.mser.2025.101016
