混合光伏蒸发冷却系统显著提升沙漠光伏效率

国际科研团队研发出一种混合光伏-蒸发冷却系统，旨在解决超干旱沙漠地区光伏组件的热衰减问题。该系统通过背面湿垫蒸发冷却与正面间歇喷水相结合，不仅显著提升了光伏发电效率，还能提供预冷通风空气以降低建筑制冷负荷。

该装置在光伏组件背面放置浸水纤维素垫，并增加正面间歇喷淋功能。水泵将水循环至背垫，一台35瓦风机抽吸空气穿过垫层，在冷却组件的同时产出温湿度可控的通风气流。当组件温度超过45摄氏度时，正面开始以每次约10至20秒的间隔进行喷水。

研究团队于2023年7月1日至9月15日期间，在伊拉克巴格达某建筑屋顶进行了实地测试。测试选取两块相同的150瓦光伏组件，一块搭载冷却系统，另一块作为无管理对照组，每日09:00至15:00在晴朗天气下运行。测试固定送风速度为3米/秒，重点监测组件温度、发电量、转换效率及出口气流的温湿度变化。

在第一阶段仅启用背面冷却的测试中，研究人员对比了50毫米、100毫米和150毫米三种厚度的纤维素垫，以及1至3升/分钟的水流速率。结果显示，冷却后组件温度较对照组降低约20摄氏度，输送至室内的平均冷空气温度约为35摄氏度。对应三种垫厚的Zui大效率提升分别为13.3%、9.3%和14.2%，其中150毫米垫组表现。

第二阶段加入正面间歇喷淋后，冷却效果进一步放大。采用100毫米垫配合3升/分钟水流时，组件Zui高降温幅度达到29.7摄氏度，平均温差从无喷淋时的15.0摄氏度升至29.7摄氏度，平均功率输出差值由8.3瓦增至16.7瓦。综合两项场景，正面喷淋配置下的Zui高效率增益可达26%。此外，该配置还将送风温度降至30至33摄氏度，相对湿度维持在62%左右，适用于被动式预冷与通风换气。

通讯作者Deyaa M.N. Mahmood指出，极端沙漠环境下的高效热管理可通过低能耗可持续工艺实现。目前研究正转向智能化优化阶段，团队计划引入人工智能与物联网技术，开发实时多目标控制算法，动态调节喷水量与风量，以Zui低耗水维持峰值光电性能，推动大规模商用部署。相关成果《Performance enhancement of a hybrid photovoltaic-evaporative cooling system for hot arid regions》已发表于《Results in Engineering》期刊。参与研究的机构包括伊拉克中部技术大学、巴格达大学、费卢杰大学，瑞典盖夫勒大学，卡塔尔多哈科学技术大学，苏丹尼罗河谷大学与苏丹科技大学，塞尔维亚贝尔格莱德MB大学以及中国石油大学（北京）。