Исследователи из Гонконга предложили простое и недорогое решение одной из самых упрямых проблем солнечной энергетики — локального перегрева фотоэлектрических модулей. Речь идет о гидрогелевом покрытии, которое охлаждает так называемые «горячие точки» на солнечных панелях, повышая их мощность и продлевая срок службы. Казалось бы, тонкий слой материала — а эффект измеряется десятками процентов. Как это работает и почему это важно?
Горячие точки — это области аномально высокой температуры внутри одной солнечной ячейки или ее части по сравнению с соседними элементами. Чаще всего они возникают из-за частичного затенения: тень от дерева, соседнего здания или даже загрязнения поверхности нарушает равномерную работу модуля. В результате часть панели начинает работать «вразнос», перегреваясь.
Последствия далеко не безобидны. Горячие точки снижают выходную мощность, ускоряют деградацию материалов и в крайних случаях приводят к отказу модуля или даже возгоранию. По данным исследований, именно перегрев становится причиной около 22 % отказов фотоэлектрических модулей уже в первые три года эксплуатации. И это не редкое исключение: анализ более 3,3 миллиона солнечных панелей показал, что у 36,5 % из них наблюдаются тепловые дефекты, а температура в проблемных зонах превышает норму в среднем на 21 °C.
Как работает гидрогелевое охлаждение
Над решением проблемы работала команда Политехнического университета Гонконга (PolyU) под руководством профессора Яна Джерри, специалиста в области энергетики и строительных технологий, совместно с исследователем Лю Цзюньвэем. Ученые разработали гидрогелевое покрытие на основе природного полимера — гидроксиэтилцеллюлозы — с добавлением волокнистого материала, известного как «leafy cotton thread».
Гидрогель действует по принципу испарительного охлаждения: он удерживает влагу и, испаряясь, отводит тепло именно из зон перегрева. В лабораторных и системных испытаниях такое покрытие снижало температуру горячих точек до 16 °C. Для солнечной панели это колоссальная разница.
Важно и то, чего новая технология не требует. Покрытие можно наносить на уже существующие панели — без переделки электрических схем и сложной модернизации. По сути, это «апгрейд без вскрытия».
Рост мощности и быстрая окупаемость
Снижение температуры напрямую отразилось на эффективности. Испытания показали рост выходной мощности до 13 %. Для городских условий, где затенение неизбежно, это особенно актуально. По расчетам команды PolyU, в таких плотных мегаполисах, как Гонконг и Сингапур, годовая выработка электроэнергии может увеличиться на 6,5 и 7 % соответственно.
На крышах зданий и в системах интегрированной в архитектуру солнечной генерации (BIPV) гидрогелевое покрытие способно компенсировать почти половину потерь, вызванных горячими точками. Экономика проекта тоже выглядит убедительно: расчетные сроки окупаемости составляют около 4,5 года для Гонконга и всего 3,2 года для Сингапура.
Обычные гидрогели имеют слабое место — со временем они трескаются и сжимаются. По словам Лю Цзюньвэя, традиционные материалы могут терять до 46 % объема при длительной эксплуатации. В новой разработке этот показатель удалось снизить до 34 %, одновременно уменьшив риск растрескивания. Это значит, что покрытие сохраняет свои охлаждающие свойства дольше и требует меньшего обслуживания.
В глобальном масштабе технология может компенсировать до 50 % потерь генерации, связанных с горячими точками в BIPV-системах. А если учесть рост городских солнечных установок, становится ясно: речь идет не просто о локальном улучшении, а о заметном шаге вперед для всей отрасли.
Команда PolyU планирует развивать гидрогелевый подход дальше, адаптируя его под новые поколения фотоэлектрических технологий. Возможно, в будущем именно такие «умные» покрытия станут стандартом — незаметным, но критически важным элементом солнечных панелей.
