自動(dòng)清理積雪！讓太陽能板冰雪覆蓋率下降至百分之二十八

隨著技術(shù)的發(fā)展和人類環(huán)保意識(shí)的深入，光伏發(fā)電作為綠色能源的一部分，開始得到越來越多的應(yīng)用。然而，在寒冷的北方氣候下，頻繁的降雪往往會(huì)對(duì)太陽能電池板的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成極大的影響。

“太陽能電池板在冬天可能會(huì)失去80%或90%的發(fā)電能力。因此，找到一種讓它們?nèi)昀^續(xù)發(fā)電的方法是一項(xiàng)令人興奮的挑戰(zhàn)。”密歇根大學(xué)材料科學(xué)與工程教授阿尼什·圖特哈表示。

為了解決這個(gè)問題，密歇根大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種廉價(jià)的透明涂層，可以大幅度減少太陽能電池板上的冰雪堆積，從而顯著提高寒冷氣候下太陽能電池板的生產(chǎn)效率。

相關(guān)研究發(fā)表，該論文以《使用具有低界面韌性的疏冰表面降低場(chǎng)內(nèi)太陽能陣列的大規(guī)模積雪》為題，圖特哈擔(dān)任通訊作者。

對(duì)于太陽能來說，雖然積雪并不會(huì)對(duì)組件造成破壞，但卻會(huì)把電池板完全覆蓋，光照很難穿透厚厚的積雪，這也是光伏組件在冬季面臨的巨大困境。

“冰相對(duì)致密和沉重，我們以前的涂層會(huì)利用其自身的重量來讓它自行脫落。但是雪的密度可能比冰小10倍，所以我們完全不確定我們?cè)诒鲜褂玫募记煽梢猿晒D(zhuǎn)化。”圖特哈解釋道。

為了尋找到一種最契合的涂層，圖特哈和他的團(tuán)隊(duì)從過去發(fā)明的冰脫落涂層中獲得了靈感，開始關(guān)注“低界面韌性”和“低粘附強(qiáng)度”這兩種特性。

低粘附強(qiáng)度一般依靠的是光滑的表面，換句話說，即太陽能板越光滑，附著力越小，積雪越容易自行脫落。但單獨(dú)依靠滑度在小面積上效果很好，如果表面很大，則需要非常大的力才能將冰雪滑下。

對(duì)于較大的區(qū)域，需要一種方法來打破冰雪的粘連，這時(shí)，低界面韌性就發(fā)揮了作用。

低界面韌性會(huì)在冰和面板之間產(chǎn)生裂縫。無論面板的大小如何，它都會(huì)沿著面板傳播，從而完全打破冰雪之間的粘附力。這種概念在斷裂力學(xué)領(lǐng)域運(yùn)用比較廣泛，但直到現(xiàn)在，它還沒有被嘗試用于除雪。

基于這兩種特性，該團(tuán)隊(duì)確定了研發(fā)方向，開始致力于在低粘附強(qiáng)度和低界面韌性之間取得平衡。

他們首先從PVC塑料開始測(cè)試，因?yàn)樗浅?jiān)硬，界面韌性足夠低，在少量植物油的作用下，其表面附著力也降到一個(gè)可觀的程度。

除此之外，他們還尋找到了PVC塑料和植物油的替代材料，即PDMS塑料和硅油，可發(fā)揮和其一樣的功效。

通過與阿拉斯加大學(xué)的合作，該團(tuán)隊(duì)得以在阿拉斯加費(fèi)爾班克斯的太陽能場(chǎng)上測(cè)試該涂層材料。測(cè)試表明，“涂層板在整個(gè)冬季的平均冰雪覆蓋率約為28%，而未涂層板的平均冰雪覆蓋率約為59%。”

圖特哈說，“如果我們能夠證明其長期功效，那么防雪涂層將使多雪地區(qū)的太陽能更加可靠和負(fù)擔(dān)得起，從而有助于加速向以太陽能為主導(dǎo)的能源經(jīng)濟(jì)的過渡。”

值得注意的是，除了太陽能行業(yè)，其它包括汽車擋風(fēng)玻璃、自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)罩和寒冷氣候光學(xué)傳感器等，都可部署該涂層。

不過，該團(tuán)隊(duì)并不打算立即將該材料應(yīng)用于涂層迭代。據(jù)悉，他們計(jì)劃進(jìn)一步調(diào)整它，目的是開發(fā)一種可以使用至少5年的涂層。