创新的混合太阳能装置将光伏电池板和储能装置结合在一起

太阳能混合系统"将光伏（PV）电池板和储能系统合二为一。但是，开发这种装置需要克服几个关键挑战，以确保系统高效运行。其一是太阳辐射的影响，太阳辐射会导致电池板温度升高，从而导致光伏电池效率降低 10% 到 25%，这有点违背直觉。另一个挑战是，目前的储能技术（如电池）依赖于稀缺的、不可持续的材料。

然而，瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）和西班牙加泰罗尼亚理工大学巴塞罗那分校（Universitat Politècnica de Catalunya - Barcelona Tech）的研究人员发明了一种新颖的混合装置，既解决了上述两个问题，又最大限度地利用了太阳能，并实现了创纪录的储能效率。

硅基光伏系统成为太阳能技术的主流是有道理的。硅资源丰富，用它来制造光伏组件具有成本效益、可扩展性和环境可持续性。硅基光伏系统还能高效地将阳光转化为电能。然而，它们仍然容易过热，导致效率低下。

新型混合太阳能装置组件示意图

因此，研究人员放弃了将热吸收层与光伏电池相结合的传统方法，而是将硅太阳能电池与创新的分子太阳能热储存系统（简称MOST）相结合。该系统置于光伏电池之上，内含流经微流控芯片的有机分子，可通过光异构化过程将太阳光储存为化学能。光异构化是一种常见的光反应，有机分子在光照射下会改变其结构。

回到物理学的基本原理，光子是代表整个电磁辐射光谱的微小光包。光子以波状模式传播，从低能量无线电波到产生可见光的能量波，再到紫外线等高能量波。

当 MOST 的有机分子受到高能光子或光粒子（如紫外线）照射时，它们会发生化学变化，将产生的能量储存起来，以供日后使用。此外，这些分子还能起到光学过滤器的作用，阻挡通常会导致电池发热并降低效率的光子，从而冷却光伏电池。通过这种方式，MOST 系统既能发电，又能储存化学能。

电磁频谱信息图

研究人员在实际场景中测试了这种新装置，在2022年巴塞罗那秋季11月的一天上午9点到下午3点之间，将其手动定向，使其面向太阳，这一天的最高温度约为39 °C（102 °F）。新装置的太阳能储存效率达到 2.3%，是迄今为止记录的最高分子热太阳能效率。它还将光伏电池温度降低了 8 °C（46 °F），减少了热能造成的能量损失，并将功率转换效率提高了 12.6%。太阳能总利用率高达 14.9%。

从可持续发展的角度来看，MOST 系统不仅能提高能源效率，减少对化石燃料的依赖，还能利用碳、氢、氧和氮等常见元素，替代通常用于制造电池的锂、钴和镍等稀缺（昂贵）材料。

研究人员说："尽管还有进一步优化的潜力，但这一发展是向长效储能技术迈出的重要一步，是对光伏系统的补充。"

事实证明，MOST 系统可持续运行1000 多个充电/放电周期，且衰减极小，这意味着该系统可连续运行数月。研究人员希望他们的混合装置能满足人们对清洁能源和高效储存的日益增长的需求，因为我们正从化石燃料过渡到清洁能源和高效储存。

这项研究发表在《焦耳》杂志上。