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你所不知道的光伏组件自清洁技术

2020年11月18日 点击:

随着社会经济发展,世界各国的太阳能光伏电站建设与运营也进入高峰期。另一方面,太阳能光伏发电板因表面污染而致使发电效率降低也成为急待解决的问题。太阳能光伏发电板的自然污染难以避免,为保持光伏发电板的发电效率,需要定期人工清洁,这需要庞大的清洁费用。而且,太阳能光伏电站基地大多数建设在郊外(中东国家大多数设置于沙漠地带,更是具有沙尘大、雨水少的气候条件),光伏发电板因沙尘覆盖大幅度降低发电效率。

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要持续保持光伏板表面清洁,在这些环境下的人工清洁困难重重且费用较高,而且会对太阳能光伏发电板的表面增透光涂层造成较快的破坏而致透光率加快衰减。所以,研发适用于光伏领域的超亲水自清洁涂料变得越来越重要。在众多的材料中,TiO2及以其为主体掺杂无机金属离子或氧化物、稀土元素而成的复合纳米材料成为了目前关注和研究的热点,其超强亲水性、吸收紫外线能力、可以分解有机物、增加透光率等特性特别适合应用于自清洁涂料领域。


  • 超强亲水性

研究认为在光照条件下,TiO2表面的超亲水性起因于其表面结构的变化。在紫外光照射下,TiO2价带电子被激发到导带,电子和空穴向TiO2表面迁移,在表面生成电子空穴对,电子与Ti反应,空穴则与表面桥氧离子反应,分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时,空气中的水解离吸附在氧空位中,成为化学吸附水(表面羟基),化学吸附水可进一步吸附空气中的水分,形成物理吸附层。从外观上来看,水在表面不会形成水滴而是水膜,因此也具备防雾功能。

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  • 分解有机物

纳米TiO2在光的照射下,会产生出氧化能力极强的自由羟基和活性氧,具有很强的光氧化还原功能,可氧化分解各种有机化合物和部分无机物,能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质,可杀灭细菌和分解有机污染物,把有机污染物分解成无污染的水和二氧化碳。因此,应用纳米二氧化钛涂层后,可以将粘附在光伏组件表面的有机污染物分解,如鸟粪等,防止长时间热斑对光伏电池的影响,提高组件安全性和稳定性。

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  • 吸收紫外线能力

众所周知,组件背板成分和EVA均属于高分子材料,紫外线能量引发断键从而导致材质老化的影响非常明显,老化后的材料会出现发黄、降解、开裂等问题,严重影响组件发电量、使用寿命,甚至使用安全。所以,减少紫外线对EVA和背板的照射量,能够有效的减缓材质老化的。

纳米二氧化钛中成分的纳米尺寸效应可以使其在紫外光波段发生非常明显的吸收,吸收的紫外线波段能量可转化为光解反应动能。纳米二氧化钛在400nm以下的紫外线波段吸收率接近100%。在玻璃上使用可以降低背板和EVA的紫外线吸收量,大幅减缓组件背板和EVA的老化,延长组件使用寿命。


  • 增加透光率

当膜层内的粒子尺寸和形态等均达到最佳效果时,TiO2纳米膜层可以通过减小玻璃表面的粗糙度等特性帮助玻璃表面提升透光率,尤其在入射角较大情况下,透光量会有一定程度的提升。除此之外,由于纳米二氧化钛在特定状态下具有光致发光和上转换发光特性,可以将短波和长波长能量转化为可见光波段能量,增加了入射光,有效地提升光伏组件的发电量。