Một nhóm nghiên cứu tại Hồng Kông, chế tạo miếng dán làm mát (UCP), có khả năng làm mát hiệu quả tấm pin quang điện (PV) và tận dụng nhiệt thải để sản xuất nước ngọt. Theo các nhà phát triển, tính linh hoạt và đặc tính bám dính của miếng dán, cho phép tích hợp dễ dàng với nhiều cấu hình PV khác nhau.
UCP gồm 3 lớp: một lớp thu nước từ không khí (AWH), một lớp điều chỉnh nhiệt và một lớp keo dính. Vào ban đêm, UCP thu hơi ẩm từ không khí, với rãnh được căn chỉnh trong UCP, hiệu ứng làm mát bức xạ của tấm pin PV giúp tăng cường hiệu quả hấp thụ hơi ẩm một cách đồng bộ.
Vào ban ngày, tấm pin quang điện (PV) tạo ra điện và nhiệt dưới tác động của bức xạ mặt trời. Nhiệt thải có thể sử dụng để làm bay hơi nước trong UCP, trong khi nhiệt ẩn từ quá trình bay hơi nước làm mát hiệu quả tấm pin quang điện.
Để tạo ra lớp AWH, nhóm nghiên cứu bắt đầu bằng cách tạo ra bộ khung hydrogel natri alginate có các rãnh. Clorua canxi (CaCl₂), một loại muối hút ẩm, được đưa vào các rãnh để hấp thụ độ ẩm từ không khí vào ban đêm.
Đối với lớp điều chỉnh nhiệt, nhóm nghiên cứu đặt một tấm đồng mỏng để hỗ trợ việc tản nhiệt từ tấm pin vào miếng dán. Cuối cùng, lớp keo dính gồm các gel silicon có độ nhớt khác nhau được thêm vào, giúp UCP bám dính vào các vật liệu khác, như polymer, kim loại, ceramic và thủy tinh.
Tấm pin PV sử dụng trong thí nghiệm có kích thước 100 x 100 mm, diện tích hiệu dụng là 8.000,04 mm². UCP được dán vào mặt dưới tấm pin quang điện để tạo thành PV-UCP, sau đó đặt trên một khung in 3D để tạo điều kiện thoát hơi nước, các nhà nghiên cứu giải thích.
Dưới một ánh sáng mặt trời, tấm pin PV nguyên bản đạt nhiệt độ 60,6 độ C, trong khi PV-UCP đạt nhiệt độ thấp hơn đáng kể là 38,9 độ C, cho thấy nhiệt độ hoạt động giảm đến 21,7 độ C. Tương ứng, mật độ công suất đầu ra tối đa của tấm pin PV tăng đáng kể từ 0,77 W lên 0,92 W.
Tận dụng tính linh hoạt của vật liệu, nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm miếng dán ở dạng UCP gấp (FUCP). Bằng cách định hình lại UCP, mở rộng giao diện giữa lớp điều chỉnh nhiệt và AWH, cũng như giao diện giữa AWH và không khí, FUCP giảm nhiệt độ tấm pin xuống 29,5 độ C, đồng thời tăng mật độ công suất tối đa lên 28,69% so với tấm pin độc lập và gần 8% so với PV-UCP.
Sau đó, nhóm nghiên cứu thử nghiệm hiệu quả chiến lược này trên quy mô lớn. Sử dụng bọt biển melamine và băng dán đồng có sẵn trên thị trường, họ chế tạo FUCP có kích thước 2.000 mm x 1.000 mm, lắp đặt một phần của nó ở mặt sau tấm pin PV thương mại có kích thước 1.270 mm x 760 mm. Tấm pin đặt thử nghiệm bên ngoài trong 5 ngày tại Đại học Bách khoa Hồng Kông.
Dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên, FUCP giảm đáng kể nhiệt độ hoạt động của tấm pin PV xuống 21,2 độ C và 24,7 độ C trong hai ngày đầu tiên. Nhờ hiệu ứng làm mát, hiệu suất phát điện tăng từ 102,9 W lên 115,1 W. Bằng cách tích hợp buồng ngưng tụ phía sau tấm pin PV, có thể thu thập được hơn 2,2 kg nước vào ban ngày, có thể dùng cho mục đích sinh hoạt và tự làm sạch tấm pin.
Kết quả nghiên cứu công bố trên tạp chí Advanced Materials. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Thành phố Hồng Kông, Đại học Bách khoa Hồng Kông, Đại học Adelaide của Australia và Đại học Nottingham của Vương quốc Anh tham gia vào nghiên cứu này.
