納米疏水涂層對在多塵環(huán)境中太陽能光伏組件的顯著作用

:本文提出并研究了自清潔納米涂層在太陽能電池板上的應用。我們測量了納米涂層表面水滴接觸角的重要性。我們發(fā)現(xiàn)在透光率和開路電壓（Voc）對光伏組件的有益作用。實驗表明，事先做過處理的玻璃透射系數(shù)（T）更高。此外，從熱透鏡分析，我們發(fā)現(xiàn)，相對未處理的模塊，具有納米涂層的光伏組件變得更冷，更清潔。

（來源：微信公眾號“光伏領跑者創(chuàng)新論壇” ID：PV_top-runner_forum）

介紹

經(jīng)過材料技術的不斷發(fā)展，薄膜和納米材料是顯著降低太陽能系統(tǒng)成本的最佳替代方案; 他們是有潛力可以被使用在需要提供高能量轉(zhuǎn)換效率和功能化性能的高性能材料。在這項研究中，我們對太陽能電池組件對灰塵沉積和溫度變化的敏感性進行了實驗，使我們能夠優(yōu)化太陽能發(fā)電設備的能源生產(chǎn)，實現(xiàn)在多塵的地區(qū)最佳性能（沙漠地區(qū)，靠近海邊，干旱和半干旱地區(qū)）。為了滿足這一要求，本文提出并實驗了太陽能電池板上自清潔納米涂層的應用。

為了避免光伏組件玻璃上的污染，我們通過應用疏水性納米涂層材料研制出幾條路徑。正如以前對沙漠和半干旱地區(qū)的研究所示，清潔成本非常重要，意味著光伏電站的維護和運行成本（M＆O）以及能源價格的上漲。這驅(qū)動著我們提出在多塵或污染環(huán)境中使用太陽能電池板的解決方案。

疏水涂層的表面處理實驗

為了避免污染在光伏組件玻璃上的影響，我們采用了一種基于聚合物和基本天然油脂混合物的疏水涂層材料，進行了幾次試驗。其精確的公式是根據(jù)nanotol專利。在玻璃樣品和光伏組件上進行了數(shù)次跟蹤測試。這些玻璃樣品將用于研究我們所創(chuàng)造的水排斥反應性(疏水性)，以及液滴水接觸角的測量。之后，玻璃樣本允許我們研究光傳輸?shù)倪M化。涂層了的光伏模塊與疏水層進行電和熱分析，以確定它們在下一節(jié)中展示的性能和行為。

圖1總結(jié)了玻璃和光伏模塊涂層的主要步驟。疏水納米涂層的沉積過程，首先是用蒸餾水和洗滌劑清洗玻璃或光伏組件。然后,以防殘留污垢,利用濃縮的Primer納米清潔劑進行清潔?；蛘?我們直接去最后一步清洗，使用在蒸餾水稀釋了的Primer(15毫升/ 1升)。在使用微纖維后擦拭干燥后，我們得到了一個完美的干凈表面，準備好涂上疏水性納米涂層。最后,我們噴納米密封劑Sealant 在清潔玻璃表面，等10分鐘的固化時間后,我們繼續(xù)用特定的超細纖維拋光。經(jīng)過處理的玻璃和光伏組件，最佳效果是在暴露于戶外條件之前，保存在干凈的地方靜置48小時。

結(jié)果和討論

為了驗證我們涂層的疏水性，我們測量了接觸角。 對于這個問題，我們已經(jīng)應用了高分辨率的相機來對玻璃表面上的水滴進行圖像捕獲。我們已經(jīng)從圖2a和b看到了水滴接觸角達到90°的明顯增加（圖2b）。 此外，我們可以看到圖3清潔多塵的表面的有益效果，我們可以觀察到清潔的水。

我們已經(jīng)成功地在經(jīng)處理的玻璃上顯示出更高的透射系數(shù)。這種改進在實驗上顯示于圖4。其中測量處理和未處理的干凈玻璃之間的平均差距為3.73％。 另一方面，這種傳播差距在灰塵玻璃上進一步擴大，在我們的粉塵沉積條件（4.6g / m2）下變得8.78％。

光伏組件的背面溫度與開路電壓（Voc）已經(jīng)在戶外實驗臺上使用數(shù)據(jù)記錄儀Hydra Fluke系列II進行了研究。我們已經(jīng)在圖5中繪制了我們的測量結(jié)果。然后，我們計算了納米涂層的光伏模塊和未涂覆的光伏模塊的Voc電壓對溫度（ΔVoc/ΔT）的損耗系數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)有納米涂層的光伏組件的損耗較低（對于納米涂層光伏組件，ΔVoc/ΔT=-15.6mv /℃，未涂覆的光伏組件的ΔVoc/ΔT=-17.7mv /℃）。

這將改善光伏組件在我們的場地（北非）的高溫條件下的表現(xiàn)。應用熱敏照相機，通過顯示一個輪廓顏色（圖6-a）證實了這些以前的結(jié)果，表明處理過的模塊的溫度更低，這可以通過粉塵熱點效應來解釋。事實上，灰塵積聚導致光伏電池中陰影區(qū)域的增加，這在光伏模塊中產(chǎn)生更高的熱點，然后產(chǎn)生更高的溫度。同時，我們在用疏水納米涂層處理過的表面上觀察到更清潔的表面模塊。

疏水涂層成本分析

為了證明我們的光伏組件技術運行和維護（O＆M）涂層建議的附加值，我們估計了nanotol®的疏水涂層（包括其施工）的表面處理成本，總價約為0.72 歐元/平方米/ 2年，至少有效期為兩年。 因此，每年0.36歐元/平方米。從參考文獻4，我們的地區(qū)（北非）與氣候條件相匹配，我們通過常規(guī)方法計算了大型光伏電站（> 1兆瓦）清洗一平方米的成本; 是2.25歐元/平方米/年。因此，通過使用納米涂層方案，我們贏得1.89歐元/平方米/年，相當于18.900歐元/ 1MW/年。

結(jié)論

實驗數(shù)據(jù)表明，納米涂層玻璃具有更高的透射率，是由光伏模塊的增強的電氣性能轉(zhuǎn)化。光伏組件的熱和電行為的實驗研究顯示，開路電壓與溫度系數(shù)的損耗顯著降低。 此外，與傳統(tǒng)的清潔技術相比，成本分析估計有一個增益利潤約1.89歐元/平方米/年。此外，這也支持了我們水資源有限的地區(qū)的光伏技術的可持續(xù)性。 從本文的角度來看，我們正在收集實驗數(shù)據(jù)，以測量相對于未涂覆光伏電池而言，使用了納米密封涂層的光伏電池板兩年內(nèi)，效率（％）和能量輸出（W）的增益將達到每平方米多少。

原標題:納米疏水涂層對在多塵環(huán)境中太陽能光伏組件的顯著作用