光伏板降温29.7℃，原型耗电仍超增益

近日，一项光伏冷却实验报告显示，在背面蒸发垫与正面间歇喷水共同作用下，电池板相较未冷却的对照板降温29.7℃，电转换效率提高约20%。这组结果来自100毫米厚垫子的最佳配置，测试在7月、8月和9月巴格达最热、日照最充足的时段进行。

不过，效率提高并未直接变成单板原型的净电力收益。最佳配置下，150瓦光伏组件的平均电输出增加约16.7瓦，但水循环和喷水仍需要风扇与泵工作。

研究团队承认，原型中这些设备消耗的寄生能量，实际上超过了冷却效果带来的即时电功率增益，这是小规模原型所固有的局限。

这项研究由巴格达Middle Technical University热力系统专家Deyaa M. N. Mahmood担任论文第1作者，成果于9月下旬发表在《Results in Engineering》。系统除了给光伏板降温，还产生了可能用于建筑通风的冷空气。

围绕高温与干燥空气设计

硅太阳能电池板的温度超过25℃后，每再升高1℃，效率通常损失0.5%。巴格达空气温度可以超过50℃，持续日照能使板面温度接近80℃，这类极端条件下的效率降幅可达25%。

在Mahmood看来，现有的风扇辅助冷却和被动通风方法，面对极端高温时可能难以充分调节电池板温度。巴格达极其干燥的空气则提供了尝试另一种方法的机会，他认为当地约15%至20%的低相对湿度，为高效潜热蒸发冷却提供了理想的热力学环境。

研究团队在光伏组件上增加了喷水喷嘴、蒸发冷却垫和温度传感器。纤维素制成的湿垫覆盖电池板背面，穿孔管负责均匀配水，风扇则把环境空气抽过垫子，利用蒸发过程冷却组件，改造装置还配有柔性配水管。

当电池板的正面温度达到42至45℃，喷嘴就会自动向表面喷水，以降低板面的热量，同时清除附着的灰尘。系统没有直接排走这些水，而是利用收集罐回收背面湿垫和正面喷洒产生的径流水，让水能够重新进入循环，减少需要补充的新鲜水量。

此前团队曾制作多个原型，其中1个通过地下水与空气换热器预冷进入湿垫的空气，却受制于深井设施和大量泵送功率。最新设计改为背面蒸发冷却配合正面按需间歇喷水，可以处理板的两侧和灰尘问题，避免依赖耗能较高的地下水系统。

Mahmood认为，这2种方法结合回应了单独使用时的局限：如果仅在背面进行蒸发冷却，环境空气温度超过50℃后，效果可能变差。

湿垫的安装角度也是工程难题。试验台采用巴格达所在纬度的最佳固定倾角33°，而这类垫子在蒸发式空气冷却器和温室通风系统中通常垂直安装，水靠重力均匀向下流动；倾斜后必须调整水流及分布，防止局部干燥或水流集中。

外部研究者关注耗水与净收益

没有参与研究的King Abdullah University of Science and Technology（KAUST）材料科学研究人员Qiaoqiang Gan与Sunmiao Fang认为，极端条件下降温近30℃令人印象深刻。5月《Scientific Reports》的一项研究记录，此前喷水冷却的降温幅度约10至22℃，电效率提高约7%至24%。

对于不同冷却方案之间的比较，KAUST教授Gan认为，研究报告的降温性能令人鼓舞，但判断光伏冷却技术的最终价值，需要综合净能源效益、耗水量与长期运行成本，而不能仅仅依据板面下降了多少温度。

该校博士后研究员Fang也指出，评估净电收益时，风扇与循环、喷水所用泵的实际功耗及运行周期都必须计入。

针对单板原型的能耗不足，Mahmood认为，全面商业安装或可通过大型阵列共享泵与风扇设施，降低每块板的间接成本。他还提出，将湿垫后方排出的冷空气接入暖通空调系统，为新风进气单元预冷，可能节省建筑用能。

Mahmood称，排出空气的热学品质最令团队惊讶；如果把建筑暖通空调预冷节省的二次热能纳入计算，系统总净能量平衡会变得有利。这仍是研究者对整体能量利用的判断，建筑降温效果尚未验证，Fang指出约34℃的出口空气还需继续冷却才能满足室内舒适要求。

在干旱地区实际部署时，除降温本身之外，还需要考虑水源是否可得、灰尘的持续积累、矿物沉积、喷嘴堵塞，以及装置的维护问题。系统依赖需要供电的风扇和泵，也可能让电力供应不稳定地区的安装变得更为复杂。

Fang认为，该技术可能适用于供水可靠且已有通风系统的建筑；对于小型住宅或离网系统，安装、改造、用电和维护成本则可能抵消节省的费用。Mahmood团队目前正寻找太阳能项目开发商与暖通空调制造合作伙伴，开展全面商业试点。