苏州大学蔡琦琳/吴玺团队研发新型辐射制冷与太阳能光伏集成系统
苏州大学蔡琦琳/吴玺团队研发新型辐射制冷与太阳能光伏集成系统
辐射制冷技术以其独特的冷却方式受到广泛关注。它以低温太空为冷源，通过在太阳波段实现高反射以及在大气窗口波段实现高发射，从而实现被动无源冷却。然而，大多数研究都集中在优化辐射器的反射率和发射率上，而忽视了辐射器反射的太阳能的利用潜力。
针对这一问题，苏州大学蔡琦琳/吴玺团队提出了一种创新的解决方案。他们设计了一种新型集成系统，该系统不仅能够实现全天候辐射制冷，还能在日间增强太阳能发电。这一突破性研究发表在《Applied Energy》期刊上，题为"Investigation on a novel integrated system of radiative cooling and solar photovoltaics"。
系统设计与工作原理
该系统的核心组件包括光谱选择性辐射器、太阳能电池以及角度控制器。辐射器采用聚合物与一维光子晶体结合的多层结构，能够在大气窗口波段实现高发射率，同时在太阳波段实现高镜面反射率。通过角度控制器调节辐射器和太阳能电池的角度，以及使用简易追光装置控制系统的方位角，可以确保太阳能电池在接收辐射器反射的太阳辐射的同时，还能接收到部分直接来自太阳的辐射，从而实现能量的最大化利用。
理论计算与实验验证
理论计算结果显示，在理想状态下，辐射器的最大温度降低可达30 K，净冷却功率密度为113.5 W/m²。通过优化系统角度，太阳能电池的最大辐照度可达到1539.5 W/m²，比传统直射太阳能电池的1000 W/m²提高了53.95%。
实验数据进一步验证了这一创新设计的有效性。在户外测试中，辐射制冷系统在下午15:30前平均温度降低了2.3℃，最大温度降低了6.7℃。而在15:30后，平均和最高温度下降分别保持在8.4°C和9.3°C。对于光伏系统，通过角度控制，太阳能电池的最大输出功率密度达到163.5 W/m²，比直接太阳照射下的125.5 W/m²提高了38.0 W/m²。
实际应用前景
研究团队还模拟了该系统在通信基站中的应用效果。在理想条件下，结合辐射冷却涂层，通信基站内的平均气温可维持在316.8 K。即使在非理想条件下，辐射冷却层也能将内部温度维持在321.7 K，相比仅依靠围护结构散热可降低2.5 K。此外，通过优化系统角度，模拟发电量可达347.3 W/m²，为节能减排提供了新的解决方案。
这项研究不仅展示了辐射制冷与太阳能光伏集成系统的可行性，更为多元化能量利用开辟了新的思路。通过巧妙地结合两种能源利用方式，该系统在保持高效制冷的同时，还能显著提升太阳能发电效率，为未来可持续能源技术的发展提供了重要参考。
论文信息：Zijun Wang, Shaowen Cao, Qilin Cai, Yingshi Zhang, Xi Wu. Investigation on a novel integrated system of radiative cooling andsolar photovoltaics. Applied Energy, 2025, 377: 124719.