[00126693]二氧化硅气凝胶复合材料隔热降温技术开发与应用

一、项目来源与背景 随着光伏发电技术不断走向成熟,虽在发电效率上有不断提升,但商业太阳能电池的光电转化效率始终较低,大部分光能都转化为热能。太阳能电池板中单晶硅和多晶硅电池用量最大,由于这类太阳能电池的发电效率依赖其工作温度,温度每上升1℃将导致输出功率减少0.4%～0.5%,且到达电池表面80%以上的能量转变成了热量,过高的温度严重影响了太阳能电池的光电转换效率,因此研究降温技术降低光伏电池板温度,从而提高太阳能光伏系统发电效率具有非常重要的意义。 目前对光伏电池板的温度控制技术主要包括自然循环降温技术、强制流动循环系统以及自然循环降温与强制循环降温相结合的技术。自然循环降温技术是指在太阳能电池板背面加入肋片、通道等结构对电池板进行降温,主要以空气或水作为工作介质吸收热量。自然循环降温技术初投资低,易于安装,适合于普通光伏发电系统或低倍聚光光伏系统,但其缺点在于降温极限较低。而强制循环降温技术则是在前者的基础上,光伏板的结构中增加更多的散热结构,采用强制流动水或冷空气的循环系统,从而达到对光伏板强效降温的目的。但是该法的缺点在于初期需要较大的投资,同时也需要额外的功率输出来维持循环散热的进行。 二、成果内容 本项目通过突破气凝胶纳米结构调控、表面亲水涂层组装技术、热管理复合凝胶材料设计、加工与应用等关键技术研究,形成气凝胶/水凝胶复合材料的热管理应用技术,通过水气凝胶的复合优化,形成自降温的复合涂层,使太阳能电池板降温20-40%,从而实现太阳能电池板的高转换效率。进一步的,利用掌握的有关核心技术,实现该技术在太阳能电池板的规模化应用及其他方面应用。为我市及周边省太阳能产业系统技术的提升及我国热防护材料的技术进步拓展一条崭新的技术途径。 三、主要技术 本项目将采用气凝胶材料对水凝胶的结构稳定性及水分蒸发过程进行调控,形成水/气凝胶自降温复合涂层来针对太阳能光伏板进行降温,提高起光电转换效率并延长其高温使用寿命。如图1所示,我们设计了一种水/气凝胶复合散热系统,该复合材料将两者的特点相结合,通过调控凝胶的框架结构与复合形式,寻找控制蒸发散热、结构稳定及水蒸发速率的最佳点,以达到高温时蒸发水分散热降温,低温时吸水吸潮储水的目的来满足现实应用条件下的长期循环应用。具体的应用形式如图2所示。