辐射冷却可以提高太阳能电池的性能。(来源：Shutterstock / ermess)

据美国研究人员称，便宜和简单的辐射冷却技术可以显着提高集中式光伏系统的性能和使用寿命。他们发现，简单的辐射冷却结构可以使太阳能电池产生的电压提高约25%。它还将工作温度降低了多达36°C，科学家声称这可以大大延长光伏系统的使用寿命。

商用硅基光伏电池将大约20%的太阳辐射转化为电能。其余大部分转化为热量，必须对其进行有效管理。普渡大学工程师彼得·伯梅尔(Peter Bermel)解释说：“光伏效率和使用寿命都会随着温度的升高而降低，尤其是在潮湿的环境中。” “效率的损失对于光伏的工作原理至关重要。”

对于集中式光伏系统而言，这是一个特别的问题。使用镜子或透镜将太阳光聚焦在太阳能电池上可以提高效率，但同时也会增加热量。这可能会抵消效率的提高并损坏光伏电池，从而缩短其使用寿命。

复杂且昂贵的冷却

当前用于冷却这种系统的方法包括强制空气冷却或液体冷却，或使用散热器进行传导热传递。但是主动冷却系统会消耗能量，因此会降低系统的净效率。它们也可能是复杂且昂贵的，从而增加了系统成本和整体可靠性。

另一个潜在的选择是辐射冷却。使用热辐射消散热量不需要额外的功率，并且能够使热量散发的材料通常是低成本的。

为了测试辐射冷却的性能，Bermel和他的同事创建了一个简单的集中式光伏系统。在它们的设置中，镜子将阳光向上反射并通过透镜将其聚焦在太阳能电池上。他们使用这种设计测试了四种冷却设置：带有散热器的自然对流冷却，无冷却，辐射冷却以及辐射冷却与对流冷却相结合。辐射冷却是通过将太阳能电池夹在两层钠钙玻璃之间实现的，钠钙玻璃众所周知是一种良好的宽带辐射冷却器。

这些设置在外部进行了测试，并在不同的日期，不同的条件下进行了多次实验，涵盖了更大范围的热负荷。结果发表在《焦耳》杂志上。

温度下降

研究人员发现，与没有辐射冷却的设置相比，辐射冷却导致系统温度下降5–36°C，具体取决于天气情况。Bermel告诉《物理世界》，最大的温差是通过辐射冷却独自记录的，而绝对最低的温度是将其与对流冷却一起使用时发生的。

这些温度下降导致太阳能电池的开路电压相对增加了8–27%。Bermel说，这“大致与效率成正比”。科学家们使用来自实验的温度数据，还模拟了冷却对太阳能电池寿命的影响。这表明辐射冷却可以使浓缩光伏电池的寿命延长4到15倍。

根据研究人员的说法，结果表明辐射冷却在所有天气条件下均具有好处。但是Bermel的同事，也是普渡大学的研究生王泽告诫说，辐射冷却可能不适合单独冷却集中的光伏系统。需要其他系统来确保所有条件下的冷却。

辅助冷却机构

王泽说：“辐射冷却是一种非常好的辅助冷却机制，它不需要额外的能量，在高温下表现良好，并且对整个系统的重量很小。” “但是，在大多数情况下，辐射冷却可作为对流或传导的现有冷却系统的补充，以提高整体性能。”

但是，辐射冷却在低温条件下表现不佳，王解释说。这是因为太阳能电池和空气之间的温差太小，无法充分利用辐射冷却的潜力。当周围没有低温吸收剂(例如晴朗的天空)时，这是一个特别的问题。

辐射冷却材料也不限于钠钙玻璃。王说：“将来我们可能会研究冷却器的材料或结构，以进一步改善发射率曲线。”