美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员制造了一个混合能源系统原型,该系统将用于发电的太阳能电池和用于外部冷却的辐射冷却集成在一起。
当物体表面从大气中吸收的辐射小于释放的辐射时,就会发生辐射冷却。因此,表面失去热量,冷却效果可以在不需要电力的情况下实现。
“双系统产生的光伏电力既可用于储能,也可以通过逆变器转换成交流电,”科学家们说,“在透明辐射冷却器上获得的低温可以用来冷却空气或液体,它们可以分别由风扇或泵驱动,与热系统进行交互,以节省能源。”
该系统同时实现了亚环境日间辐射冷却和同区域光伏发电。“无论白天还是晚上,辐射冷却器都像一台全天候工作的自然空调,”该研究的主要作者Pramit Ghosh说,“即使在大热天,辐射冷却器摸起来也很冷。”
该系统包括一个透明的低铁玻璃辐射冷却器,能够传输91%的阳光,一个透明的红外线不透光层,以及一个由美国制造商Maxeon提供的125 mm × 125 mm交叉背接触(IBC)光伏电池。辐射冷却器与光伏装置之间并无直接的辐射热交换。
科学家们在宾夕法尼亚州可持续发展研究所下辖的可持续发展体验中心的户外环境中,对该系统进行了测试,发现它可以比无遮盖的太阳能电池节省多达30%的电力。“我们展示了在太阳辐照度约1,000W/m2的情况下,亚环境日间辐射冷却可以使温度下降5.1摄氏度,同时在同一区域内产生高达159.9 W/m2的太阳能发电量,”他们解释说,“我们通过实验,实现了峰值光照下的环境冷却功率为63.8 W/m2,夜间的环境冷却功率为87.0 W/m2。”
研究组还假设利用太阳能电池产生的能量,为性能系数(COP)为2.8的冷却系统提供动力,发现混合系统的冷却功率将是传统太阳反射辐射冷却器日间冷却功率的5倍以上。
该研究小组总结到:“我们的工作强调同时利用太阳能和寒冷宇宙获取可再生能源,其发电性能超过单独使用任何一种资源。”
最近发表在《细胞报告物理科学》杂志上的一篇题为《同时在同一区域进行亚环境辐射冷却和光伏发电》的研究报告中,对该系统进行了描述。
最近,来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)、中国上海交通大学、美国普渡大学、西班牙加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所和材料科学研究所、约旦科技大学和科威特澳大利亚学院等机构的研究人员们,将辐射冷却应用到了太阳能电池板的冷却中。
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