ให้แผงโซลาร์เซลล์ขับเหงื่อเพื่อระบายความร้อน

เช่นเดียวกับมนุษย์ แผงโซลาร์เซลล์จะไม่สามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมหากร้อนเกินไป อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน นักวิจัยได้ค้นพบวิธีทำให้แผงโซลาร์เซลล์เย็นลงโดยการทำให้ "เหงื่อ" ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตพลังงาน ตามรายงานของ Science

“นี่เป็นวิธีง่ายๆ และมีประสิทธิภาพในการปรับปรุงแผงโซลาร์เซลล์ที่มีอยู่ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ทันที” Liangbing Hu นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ วิทยาเขตคอลเลจพาร์ค กล่าว

ปัจจุบันทั่วโลกมีกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์มากกว่า 600 กิกะวัตต์ ซึ่งตอบสนองความต้องการใช้ไฟฟ้าทั่วโลกได้ 3% คาดว่ากำลังการผลิตนี้จะเพิ่มขึ้นห้าเท่าในอีก 10 ปีข้างหน้า แผงโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ใช้ซิลิคอนเพื่อแปลงพลังงานแสงเป็นไฟฟ้า แต่เซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมสามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้เพียง 20% เท่านั้น และส่วนที่เหลือส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นความร้อน ซึ่งสามารถเพิ่มความร้อนให้แผงได้ถึง 40 องศาเซลเซียส เมื่อใดก็ตามที่อุณหภูมิสูงกว่า 25 องศาเซลเซียส ประสิทธิภาพของแผงจะลดลง โจว จุน ผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง กล่าวว่า วิศวกร “พยายาม” ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานขึ้น 0.1% เพราะการเพิ่มกำลังการผลิตแม้เพียง 1% ก็สามารถสร้างประโยชน์ทางเศรษฐกิจได้

หลายทศวรรษที่ผ่านมา นักวิจัยค้นพบว่าการระบายความร้อนแผงโซลาร์เซลล์ด้วยน้ำสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานได้ ปัจจุบันมีบางบริษัทจำหน่ายระบบระบายความร้อนด้วยน้ำเช่นกัน แต่ระบบเหล่านี้จำเป็นต้องใช้น้ำจำนวนมาก รวมถึงถังเก็บน้ำ ท่อ และปั๊ม ในพื้นที่แห้งแล้งและประเทศกำลังพัฒนาที่ขาดแคลนโครงสร้างพื้นฐาน การทำเช่นนี้แทบจะไม่สามารถทำได้เลย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้คิดค้นวัสดุที่สามารถดูดซับไอน้ำจากอากาศและควบแน่นเป็นน้ำเหลวสำหรับดื่ม สิ่งที่ดีที่สุดคือเจลที่ดูดซับไอน้ำในเวลากลางคืนเมื่ออากาศเย็นและมีความชื้นสูง เจลนี้ประกอบด้วยส่วนผสมของคาร์บอนนาโนทิวบ์ในพอลิเมอร์และเกลือแคลเซียมคลอไรด์ ซึ่งจะควบแน่นไอน้ำให้เป็นหยดน้ำที่ถูกห่อหุ้มไว้ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นในระหว่างวัน เจลจะปล่อยไอน้ำออกมา หากหุ้มด้วยพลาสติกใส ไอระเหยที่ปล่อยออกมาจะถูกกักไว้และควบแน่นเป็นน้ำเหลว ซึ่งไหลเข้าสู่ภาชนะจัดเก็บ

ด้วยเหตุนี้ หวัง เผิง วิศวกรสิ่งแวดล้อมจากมหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคฮ่องกง และเพื่อนร่วมงานจึงได้คิดค้นการใช้งานน้ำควบแน่นอีกรูปแบบหนึ่ง นั่นคือ ใช้เป็นสารหล่อเย็นสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ นักวิจัยได้นำแผ่นเจลหนา 1 เซนติเมตรมากดลงบนฐานของแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนมาตรฐาน แนวคิดคือในระหว่างวัน เจลจะดูดซับความร้อนจากแผงโซลาร์เซลล์และปล่อยไอน้ำออกมา น้ำที่ระเหยออกมาจะทำให้แผงโซลาร์เซลล์เย็นลง เช่นเดียวกับเหงื่อที่ระเหยออกจากผิวหนังจะทำให้ร่างกายมนุษย์เย็นลง

นักวิจัยพบว่าปริมาณเจลที่ต้องการขึ้นอยู่กับความชื้นของสภาพแวดล้อมเป็นหลัก ในสภาพแวดล้อมแบบทะเลทรายที่มีความชื้น 35% จำเป็นต้องใช้เจล 1 กิโลกรัมต่อแผงโซลาร์เซลล์หนึ่งตารางเมตรเพื่อทำความเย็น ในขณะที่ในพื้นที่อับชื้นที่มีความชื้น 80% จำเป็นต้องใช้เจลเพียง 0.3 กิโลกรัมต่อแผงโซลาร์เซลล์หนึ่งตารางเมตรเพื่อทำความเย็น

ไม่ว่าจะนำไปใช้งานในสถานการณ์ใด ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน คือ อุณหภูมิของแผงโซลาร์เซลล์ระบายความร้อนด้วยน้ำลดลง 10 องศาเซลเซียส เมื่อวันที่ 11 พฤษภาคม หวัง เผิง และเพื่อนร่วมงานได้รายงานในวารสาร “Nature-Sustainable Development” ว่าในการทดสอบกลางแจ้ง การผลิตพลังงานของแผงโซลาร์เซลล์เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ย 15% และเพิ่มขึ้นสูงสุด 19% และลมอาจช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการระบายความร้อน

แต่โจวจวินชี้ให้เห็นว่าน้ำฝนจะละลายเกลือแคลเซียมคลอไรด์ในเจล ทำให้ประสิทธิภาพการดูดซับน้ำลดลง หวังเผิงกล่าวว่าเจลนี้อยู่ที่ด้านล่างของแผงโซลาร์เซลล์และน่าจะสามารถป้องกันฝนได้ ขณะเดียวกัน ทีมของพวกเขากำลังพัฒนาเจลรุ่นที่สองที่จะไม่เสื่อมสภาพแม้เมื่อโดนน้ำ

อีกทางเลือกหนึ่งในการออกแบบคือการมีอุปกรณ์ที่รวบรวมและควบแน่นน้ำหลังจากที่น้ำระเหยไปแล้ว หวัง เผิง กล่าวว่า น้ำนี้สามารถนำไปใช้ทำความสะอาดฝุ่นที่สะสมบนแผงโซลาร์เซลล์ หรือเก็บไว้ดื่มได้ ซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาเร่งด่วนในพื้นที่แห้งแล้ง