人工リーフ冷却により、PV パネルの寿命と効率が向上します。

PV リーフは、効率と寿命を高めるためにポンプを必要とせずに太陽光発電パネルを冷却するために水を運び、淡水の生成にも使用できます。

太陽光パネルにとって熱は大敵です。太陽光が増え、気温が上昇すると、パネルの発熱量が増えるため、一般的な Si ベースの PV パネルの効率は通常 4.0 ～ 6.5% 低下し、動作温度が 10 °C 上昇するごとに経年劣化率が 2 倍になります。

インペリアルで開発されたシステムは、竹繊維とヒドロゲルの組み合わせを使用して、水をポンプで汲み上げることなく PV パネルの背面に沿って輸送します。セルが高温になると、樹木が自ら冷却するのと同じように、冷却システムを通じてより多くの液体が引き込まれます。

PV リーフの蒸散性能は、PV セル内の熱の 75% である 590 W/m2 を除去できることが実験的に実証されており、スタンドアロン PV セルと比較して PV セルの動作温度を約 26 °C 大幅に低下させます。

PV リーフは、さまざまな周囲温度に適応する受動制御機能を備えており、海水などのさまざまな作動流体も使用できることが示されています。実験結果では、冷却により開回路電圧が 0.58 V から 0.63 V に上昇し、電気効率が 13.2% から 15.0% に 13.6% 増加することがわかりました。

厚さ 1 mm の生体模倣蒸散 (BT) 層は、セル内で発生した熱を除去するために、太陽電池セルの背面に取り付けられます。約 30 本の竹繊維束がポリアクリル酸カリウム (PAAK) 高吸水性ポリマー (SAP) ヒドロゲルセルに均一に埋め込まれており、BT 層で覆われた領域全体に水を分散させます。

繊維束は維管束を模倣して液体の水を細胞表面に輸送および分布させますが、大きな比表面積と優れた吸水性能を備えたヒドロゲルセルを使用してスポンジセルを模倣して効果的な蒸発を実現します。

PV リーフの蒸散性能は、風なし、放射照度 1000 W/m2 のソーラーシミュレーターでテストされ、同じ材料の独立型 PV セルの蒸散性能と比較されました。独立型 PV セルも厚さ 0.7 mm の高透過率ガラス層で覆われ保護されていましたが、セルの背面には断熱材やバックシートはなく、自然空気対流によって冷却されました。実験室の周囲温度と相対湿度は、それぞれ 33.5 °C と 10% でした。

テスト中、スタンドアロンの PV セルの温度は 68.8 °C に達しましたが、生体模倣蒸散冷却を備えた PV リーフの温度はわずか 43.2 °C に達しました。

風の影響を調べるために、3D モデルが開発され、実験結果と照らし合わせて検証されました。これは、風速が 1.5 m/s を超えると、PV リーフの温度が周囲温度よりも低くなる可能性があることを示しています。また、相対湿度が 10% から 100% に上昇するにつれて、温度は約 26 °C から 0 °C までほぼ直線的に低下します。

「この革新的な設計は、費用対効果と実用性を確保しながら、ソーラーパネルの性能を大幅に向上させる大きな可能性を秘めています」と、化学工学部の名誉研究員であり、この研究の共著者であるガン・ファン博士は述べた。

クリーンエネルギープロセス研究所の所長であり、この研究の著者であるクリストス・マルキデス教授は次のように述べています。「この革新的な葉っぱのようなデザインの導入は、エネルギーと淡水の増加の必要性という2つの差し迫った世界的課題に対処しながら、世界的なエネルギー転換を促進するのに役立つ可能性があります。」」