Adelina 艾德琳

Dr. Qiaoqiang Gan, Image cred: King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) 吸湿复合材料实现太阳能电池板无源冷却，沙漠测试显示发电量提升13%，使用寿命延长一倍 阳光，既是太阳能技术的力量之源，也是一柄考验其效能的“双刃剑”。在全球向可持续未来的宏大转型中，太阳能扮演着核心角色，其装置已占据全球可再生能源装机容量的四分之三。然而，一个根本性的物理矛盾始终困扰着这个行业：光伏板在将阳光转化为电能时，仅有约20%的效率，剩余80%的能量则无情地转化为热量。高温不仅即时削弱了发电性能，更如温水煮蛙般加速着设备老化，大幅增加了维护成本，制约了这项绿色能源的长期经济效益。 然而，一项源自沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的国际合作创新，正赋予太阳能电池板一种前所未有的能力：自主呼吸。由该校主导的研究团队研发出一种智能复合材料，巧妙地将常见的聚丙烯酸钠与氯化锂结合。它如同一层有生命的皮肤，在寂静的夜晚，利用其强大的吸湿性，从空气中“吸入”并储存水分；当白昼来临，它则通过蒸发散热效应，缓缓“呼出”水汽，为光伏板带走致命热量，形成一个无需任何外部能源、完全依赖自然循环的被动式温控系统。 这套系统的实战表现如何？在沙特阿拉伯严酷的沙漠腹地，答案不言而喻。长期的实地测试数据令人振奋：搭载了这套冷却系统的太阳能板，其表面温度成功降低了9.4摄氏度，发电量随之提升12.9%，系统使用寿命更是延长了超过两倍，同时将度电成本压低了近20%。 这些突破性成果，不仅在《材料科学与工程：R：报告》等顶尖期刊的综述中获得高度评价，更预示着太阳能优化领域新纪元的到来。为了探寻其背后的科学密码与广阔的产业图景，我们荣幸地邀请到该项目的两位核心科学家——党赛超（Dr. Saichao Dang）博士与甘巧强（Dr. Qiaoqiang Gan）博士，与我们展开一场深度对话。以下为访谈精要： 问：我们知道，高温是光伏板的“效率杀手”。团队最初是如何想到利用吸湿材料这条“被动冷却”的路径来应对这个难题？如此巧妙的构思又是如何诞生？这个想法的起点，是我们对传统冷却方案局限性的反思。在高温地区，那些依赖风扇或水循环的主动冷却系统，本身就是一个耗电大户，而且结构复杂，可靠性也常常是个问题。我们希望找到一种更“聪明”的办法。在早期的探索中，我们发现聚丙烯酸钠与氯化锂这对组合有一种非常独特的“脾性”：它们能在夜间高效吸收湿气，像海绵一样“喝饱水”，然后在白天通过水分蒸发来带走热量。经过反复的配方调试与性能验证，我们最终锁定了这个既经济又高效的“黄金搭档”。 问：所以说，这项技术的最大颠覆性，就在于它完全“自给自足”。这种“无源”或者说“被动式”的设计，背后蕴含着怎样的设计哲学？我们追求的是一种“顺势而为”的哲学。我们的材料真正做到了“被动”运行，它就像一个精密的自然生物，完全顺应着昼夜的湿度循环与太阳的起落进行自主调节，不需要任何外部电力、机械部件或人为干预。这个理念的核心，是打破“冷却必须消耗能量”的传统思维定式，证明仅凭大自然本身的力量，就能构建出高效的热管理系统。 问：这项研究的意义似乎不止于降温，它同时提升了发电效率和设备寿命。这是否预示着太阳能技术正朝着集成化、多功能的“一体化”方向演进？确实如此。我们正在重新定义太阳能系统的功能边界，推动它从单一的光电转换装置，向一个集成了热管理、性能优化、寿命延长等多重功能的智能系统转型。这种功能集成不仅提升了系统整体的经济效益，更重要的是，它无需任何额外的硬件投入，体现了一种技术发展的内生型创新路径。 问：在材料选择上，团队选用了常见的聚丙烯酸钠与氯化锂。对于一项前沿技术而言，这种对“易得性”和“可扩展性”的考量，在设计初期占有多重要的地位？可扩展性是我们设计理念的基石。我们从一开始就希望这项技术能够走出实验室，真正服务于世界。聚丙烯酸钠作为高吸水性聚合物，在日用消费品中随处可见；而氯化锂也是成熟的工业干燥剂。两者都拥有极其稳定且成本低廉的全球供应链。这种选材策略，极大地降低了技术走向产业化的门槛，尤其有利于它未来在发展中国家和地区进行大规模的推广应用。 问：团队在沙特与美国两地截然不同的气候中进行了测试，材料展现了怎样的环境适应性？材料表现出了良好的“遇强则强”的环境适应性。在高湿度的环境中，它能吸收更多水分，蒸发冷却的效果也因此更显著；即便在相对干燥的条件下，它依然能稳定实现5至8摄氏度的降温。唯一的性能限制出现在湿度极低的环境中，此时冷却效果会相应减弱。我们目前也正通过调整配方中氯化锂的比例等方式，进一步拓宽它的气候适用范围。 The innovative composite-coated panels capture atmospheric moisture during nighttime hours and discharge it throughout the day to provide passive cooling. Image credit: Heno Hwang (KAUST) 问：在研发过程中，团队遇到的最大技术挑战是什么？最关键的挑战，在于如何确保材料在严酷多变的户外环境中保持长期的“战斗力”。我们需要验证它在高温、强风、高湿等复合条件下，能否持续稳定地进行吸湿与蒸发的循环。同时，它还必须牢固地附着在太阳能板上，能够抵御雨水的冲刷、风沙的磨蚀以及紫外线的老化。令人欣慰的是，经过长达一年的实地测试，我们的材料在耐久性和系统兼容性上都交出了优异的答卷。 问：我们注意到，项目团队的背景非常多元化。这种跨学科的合作模式，是如何加速研究成果转化？我们的团队整合了高分子化学、光伏工程、材料科学与实地测试等多个领域的顶尖专家。这种在项目初期就建立的跨学科协作模式，使得实验室里的创新火花能够迅速转化为实际应用中的解决方案。KAUST所提供的完整研发平台与开放的合作氛围，是这一切得以快速实现的重要支撑。 问：放眼未来，面对全球对太阳能需求的激增，这项被动材料技术将在下一代能源体系中扮演一个怎样的角色？被动材料技术将成为未来能源系统中不可或缺的一环。它无需能耗、结构简单且易于集成的特性，使其能够完美胜任在高温地区维持发电效率、降低运维成本的角色，从而持续推动光伏发电成本的下降，让清洁电力惠及更多人。