關于有效避免熱斑效應并清潔太陽能電池板的設想

嚴旭章

摘要：本文作者從一款球鞋清潔劑中得到靈感，研究其原理，提出利用納米材料和荷葉原理制作一套成本低廉的太陽能電池板清潔系統的設想。

關鍵詞：納米材料；荷葉原理；設想；太陽能

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2016）08-0138-02

太陽能電池板的清洗問題，一直是國際上的熱門話題，數據顯示，2012年，我國光伏產業增速達到100%，全年設計發電量達到2吉瓦，這也意味著2012年我國太陽能發電行業因為灰塵造成的損失高達2.5個億。但是到目前為止，并沒有出現能徹底解決這一問題的良方。

太陽能電池板清潔成本高昂，難度頗大，那是否還有其他手段可以解決太陽能電池板的清潔難題？帶“防污”功能的太陽能板特殊涂層是目前國際上的研發重點方向之一。

前不久剛剛閉幕的“6·18”海峽項目成果交易會的福建-獨聯體技術轉移專場對接會上，來自泉州的文創科技股份有限公司（以下簡稱文創科技）與白俄羅斯國立戈梅利大學簽訂了項目合作意向書，欲攜手研發特殊太陽能光伏涂層技術，而該涂層技術最引人關注的就是其“防污”的特性。

據文創科技負責人陳志剛介紹，作為太陽能光伏產品制造商，太陽能電池板的“防污”難題他們也早有關注，但一直也沒找到合適的解決方法。直到今年年初，在泉州市科技局的牽線搭橋下，文創科技的代表到廣東-獨聯體國際科技合作聯盟洽談項目合作事項，在獨聯體的項目推介中，一項太陽能電池板的涂層技術吸引了文創科技代表的目光。

“據白俄羅斯專家介紹，這款涂層能夠有效排斥污染物，對太陽能電池板起到屏障保護的作用，可降低其維護和運營的成本。同時不阻礙太陽能電池板吸收陽光的能力，甚至還能進一步提升電池板的光電轉化率。”據陳志剛介紹，此前美、英等國就有相關技術推出，不過成本較高，而白俄羅斯的技術目前也還處于實驗室階段。

可見，太陽能板極易被污染，板上面殘留的污漬容易引起熱斑效應等對太陽能電池壽命及效率影響極大的問題，因此受到當今國內外的關注。當今清潔太陽能電池板的技術仍處于起步階段，成本過高，清潔效率并不十分明顯。

我們從一款球鞋清潔劑中得到靈感，研究其原理，提出了利用納米材料和荷葉原理制作一套成本低廉的太陽能電池板清潔系統的設想。

一、荷葉原理

水滴落在荷葉上，會變成了一個個自由滾動的水珠，而且，水珠在滾動中能帶走荷葉表面塵土。荷葉的基本化學成分是葉綠素、纖維素、淀粉等多糖類的碳水化合物，有豐富的羥基（-OH）、（-NH）等極性基團，在自然環境中很容易吸附水分或污漬。而荷葉葉面都具有極強的疏水性，灑在葉面上的水會自動聚集成水珠，水珠的滾動把落在葉面上的塵土污泥粘吸滾出葉面，使葉面始終保持干凈，這就是著名的“荷葉自潔效應”。

而當水滴由葉面上滾過時，由于灰塵和水滴間的接觸面積大，灰塵粒子和水滴間有較強的吸附力，所以很容易就被水滴帶走，這就是蓮花為何能出淤泥而不染了。由于蓮葉表面同時擁有這種納米尺寸的物理結構與疏水性的化學組成，因此才具有自潔的功能。

二、接觸角的定義

接觸角表示某種液體對于某種材料或者表面的潤濕性能。當接觸角很小時，如水滴在玻璃基板上的情形，表示液體易濕潤固體表面。但是如果接觸角像水銀液滴在玻璃基板上那么大，代表液體不易濕潤此表面。因此我們考慮兩種極端現象：當接觸角為0度時，表示液體能完全的濕潤固體表面；當接觸角為180度時，代表液體完全不能濕潤固體表面。

現在我們回到蓮葉的接觸角，水滴在蓮葉上的表面接觸角很大時，這代表蓮葉與空氣間的接口張力很低，小水滴不容易濕潤蓮花表面。

當液體潤濕固體表面時，原本氣─固的界面被液─固的界面所取代，而氣─固與液─固之界面張力的差， 稱之為“濕潤張力”。當氣─固的界面張力大于液─固的界面張力時，也就是固體和液體間的吸引力大于固體和氣體間的吸引力時，固體和氣體間的界面張力會將液─固界面拉伸。換句話說，被濕潤的固體表面有較低的界面張力，因此液體會在固體表面擴張。當液體滴在固體表面上時，固體表面和液滴切線的夾角，就是所謂的接觸角。而濕潤張力和接觸角的關系，可以用楊格方程式（en：Young–Laplace equation）：

氣─固界面張力 - 液─固界面張力 = 氣─液界面張力 × 接觸角的余弦函數

γSV-γSL=γVLcosθ

由于水滴在蓮葉表面的接觸角很大，代表蓮葉與空氣間的界面張力很低，水滴不易濕潤其表面。

三、熱斑效應

在一定條件下，一串聯支路中被遮蔽的太陽電池組件，將被當作負載消耗其他有光照的太陽電池組件所產生的能量。被遮蔽的太陽電池組件此時會發熱，這就是熱斑效應。這種效應能嚴重的破壞太陽電池。有光照的太陽電池所產生的部分能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。

綜上所述，將荷葉原理應用于處理熱斑效應，做出一種能夠有效疏水、防污的納米級材料薄膜并在一定時間段清洗，那么太陽能電池板上的污漬便能得到有效的去除，同時，我們要控制制作的成本足夠低廉，因此，我們開始研究這樣的新型涂層。

涂層需具備的條件如下：擁有多糖類的碳水化合物，有豐富的羥基（-OH）、（-NH）等極性基團，在自然環境中很容易吸附水分或污漬。擁有強的吸水，吸污漬的能力。能夠隔離污漬，防止污漬下陷。最好可以使用污水來處理太陽能電池板時可以起到保護作用，達到資源利用的效果。

綜上所述，將荷葉原理應用于處理熱斑效應，做出一種能夠有效疏水、防污的納米級材料薄膜存在可能性。

參考文獻：

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責任編輯 朱守鋰