轉自 智能熱管理

引言

目前，蒸發冷卻技術作為一種極具前景的創新方案，在應對光伏電池板輕微溫升問題、提升發電效率與延長使用壽命方面展現出顯著優勢。然而，水分的吸附與脫附動態平衡機制仍存在重大挑戰，阻礙其冷卻性能的進一步提升。受啟發于網紋貓鯊卓越的吸濕膨脹特性，湖南大學鄭雄副教授團隊開發出一種基于可再生生物質材料（羥丙基纖維素HPC與海藻酸鈉SA）和吸濕鹽（氯化鈣，CaCl2）構筑的智能熱響應水凝膠涂層。該創新涂層通過溫度調控實現自適應水分管理，顯著優化了水分吸收與蒸發過程的協同效率。借助CaCl2強大的吸濕能力，涂層在70%相對濕度下實現216.4%的吸濕率，并在1000 W?m-2輻照強度下達到379.49 W?m-2的峰值冷卻功率，使光伏板表面溫度最大降幅達19.2℃。戶外實證研究進一步驗證了該技術方案的實際可行性與長期穩定性。本項工作提出了一種無需外部供能、兼具高效能與工程化潛力的光伏冷卻策略，為行業提供了具有競爭力的解決方案。

相關成果以“Biomimetic Thermo-Responsive Hydrogel Coating for Passive Photovoltaic Cooling via Self-Adaptive Water Management”為題發表在期刊《Small》（IF=13.0）上。文章第一作者為湖南大學碩士研究生劉毅，通訊作者為湖南大學鄭雄副教授。手機閱讀原文，請點擊本文底部左下角“閱讀原文”，進入后亦可下載全文PDF文件。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202502386

文獻信息

圖文導讀

圖1.工作原理說明。(a)網狀地毯鯊在不同場景下的不同體型；(b)創新材料用于增強蒸發冷卻的水凝膠涂層的設計。

圖2。樣品特征。(a)水凝膠涂層物理外觀的視覺表示；(b)對以下材料進行了附著力測試水凝膠涂層粘附到PV面板上；(c)描繪水凝膠涂層結構的SEM圖像；(d)同一區域的元素測繪；(e)不同SA濃度和溫度下水凝膠的水接觸角；(f)相變前后水凝膠直徑在不同SA含量下的變化；(g)水凝膠樣品及組分的FTIR光譜圖；(h)相變前后水凝膠拉曼光譜；(i)吸水速率曲線；(j)吸水性能文獻對比圖

圖3.實驗室測試的蒸發冷卻性能。(a)純光伏板和涂層光伏板的溫度變化曲線以及冷卻溫度與輻照時間的函數關系；(b)純光伏板在照明開始時和60分鐘后的I-V和P-V曲線；(c)Voc以及純光伏板和涂層光伏板的Pmax值隨輻照時間的變化；(d)涂層表面溫度變化的等高線圖光伏板在一個太陽輻照度下的照明時間與厚度和濕度有關；(e)最高冷卻溫度和質量在不同厚度、相對濕度和太陽輻照度下；(f)在不同厚度，相對濕度和太陽輻照度下的冷卻功率；(g)文獻中蒸發冷卻性能的比較，重點關注冷卻功率和冷卻溫度。

圖4.室外試驗的蒸發冷卻性能。(a)樹脂模具，其特征是涂有水凝膠的圖案“HNU”和相應的紅外圖像；(b)蒸發冷卻評估系統的現場照片；(c)表面實時太陽強度2024年9月21日，長沙純光伏和涂層光伏電池板的溫度和功率；(d)水凝膠涂層蒸發的7天循環試驗冷卻性能；(e)水凝膠涂層在新制備、工作7天后和再生狀態下的壓縮應力-應變曲線。