嚴(yán)旭章

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關(guān)于有效避免熱斑效應(yīng)并清潔太陽(yáng)能電池板的設(shè)想

嚴(yán)旭章

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(yáng)能電池板清潔系統(tǒng)的設(shè)想。

納米材料；荷葉原理；設(shè)想；太陽(yáng)能

太陽(yáng)能電池板的清洗問(wèn)題，一直是國(guó)際上的熱門話題，數(shù)據(jù)顯示，2012年，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)增速達(dá)到100%，全年設(shè)計(jì)發(fā)電量達(dá)到2吉瓦，這也意味著2012年我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)因?yàn)榛覊m造成的損失高達(dá)2.5個(gè)億。但是到目前為止，并沒(méi)有出現(xiàn)能徹底解決這一問(wèn)題的良方。

太陽(yáng)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(yáng)能電池板的清潔難題?帶“防污”功能的太陽(yáng)能板特殊涂層是目前國(guó)際上的研發(fā)重點(diǎn)方向之一。

前不久剛剛閉幕的“6·18”海峽項(xiàng)目成果交易會(huì)的福建-獨(dú)聯(lián)體技術(shù)轉(zhuǎn)移專場(chǎng)對(duì)接會(huì)上，來(lái)自泉州的文創(chuàng)科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱文創(chuàng)科技)與白俄羅斯國(guó)立戈梅利大學(xué)簽訂了項(xiàng)目合作意向書(shū)，欲攜手研發(fā)特殊太陽(yáng)能光伏涂層技術(shù)，而該涂層技術(shù)最引人關(guān)注的就是其“防污”的特性。

據(jù)文創(chuàng)科技負(fù)責(zé)人陳志剛介紹，作為太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品制造商，太陽(yáng)能電池板的“防污”難題他們也早有關(guān)注，但一直也沒(méi)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(chuàng)科技的代表到廣東-獨(dú)聯(lián)體國(guó)際科技合作聯(lián)盟洽談項(xiàng)目合作事項(xiàng)，在獨(dú)聯(lián)體的項(xiàng)目推介中，一項(xiàng)太陽(yáng)能電池板的涂層技術(shù)吸引了文創(chuàng)科技代表的目光。

“據(jù)白俄羅斯專家介紹，這款涂層能夠有效排斥污染物，對(duì)太陽(yáng)能電池板起到屏障保護(hù)的作用，可降低其維護(hù)和運(yùn)營(yíng)的成本。同時(shí)不阻礙太陽(yáng)能電池板吸收陽(yáng)光的能力，甚至還能進(jìn)一步提升電池板的光電轉(zhuǎn)化率?！睋?jù)陳志剛介紹，此前美、英等國(guó)就有相關(guān)技術(shù)推出，不過(guò)成本較高，而白俄羅斯的技術(shù)目前也還處于實(shí)驗(yàn)室階段。

可見(jiàn)，太陽(yáng)能板極易被污染，板上面殘留的污漬容易引起熱斑效應(yīng)等對(duì)太陽(yáng)能電池壽命及效率影響極大的問(wèn)題，因此受到當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。當(dāng)今清潔太陽(yáng)能電池板的技術(shù)仍處于起步階段，成本過(guò)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(yáng)能電池板清潔系統(tǒng)的設(shè)想。

一、荷葉原理

水滴落在荷葉上，會(huì)變成了一個(gè)個(gè)自由滾動(dòng)的水珠，而且，水珠在滾動(dòng)中能帶走荷葉表面塵土。荷葉的基本化學(xué)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(tuán)，在自然環(huán)境中很容易吸附水分或污漬。而荷葉葉面都具有極強(qiáng)的疏水性，灑在葉面上的水會(huì)自動(dòng)聚集成水珠，水珠的滾動(dòng)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(yīng)”。

而當(dāng)水滴由葉面上滾過(guò)時(shí)，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(qiáng)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(shí)擁有這種納米尺寸的物理結(jié)構(gòu)與疏水性的化學(xué)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(duì)于某種材料或者表面的潤(rùn)濕性能。當(dāng)接觸角很小時(shí)，如水滴在玻璃基板上的情形，表示液體易濕潤(rùn)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(rùn)此表面。因此我們考慮兩種極端現(xiàn)象：當(dāng)接觸角為0度時(shí)，表示液體能完全的濕潤(rùn)固體表面；當(dāng)接觸角為180度時(shí)，代表液體完全不能濕潤(rùn)固體表面。

現(xiàn)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(shí)，這代表蓮葉與空氣間的接口張力很低，小水滴不容易濕潤(rùn)蓮花表面。

當(dāng)液體潤(rùn)濕固體表面時(shí)，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(rùn)張力”。當(dāng)氣─固的界面張力大于液─固的界面張力時(shí)，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(shí)，固體和氣體間的界面張力會(huì)將液─固界面拉伸。換句話說(shuō)，被濕潤(rùn)的固體表面有較低的界面張力，因此液體會(huì)在固體表面擴(kuò)張。當(dāng)液體滴在固體表面上時(shí)，固體表面和液滴切線的夾角，就是所謂的接觸角。而濕潤(rùn)張力和接觸角的關(guān)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(shù)

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(rùn)其表面。

三、熱斑效應(yīng)

在一定條件下，一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能嚴(yán)重的破壞太陽(yáng)電池。有光照的太陽(yáng)電池所產(chǎn)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(yīng)用于處理熱斑效應(yīng)，做出一種能夠有效疏水、防污的納米級(jí)材料薄膜并在一定時(shí)間段清洗，那么太陽(yáng)能電池板上的污漬便能得到有效的去除，同時(shí)，我們要控制制作的成本足夠低廉，因此，我們開(kāi)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(tuán)，在自然環(huán)境中很容易吸附水分或污漬。擁有強(qiáng)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(lái)處理太陽(yáng)能電池板時(shí)可以起到保護(hù)作用，達(dá)到資源利用的效果。

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

[1]huaqiangled.太陽(yáng)能電池板“熱斑效應(yīng)”的應(yīng)對(duì)措施[EB/OL].http://www.docin.com/p-653418852.html?qq-pf-to=pcqq.c2c，2016-06-20.

[2]Anri xxx.太陽(yáng)能電池組件“熱斑效應(yīng)”分析[EB/OL]. http://wenku.baidu.com/link?url=iwYpo62-Oc8GnpbE6y6wsRC_hankdysDhoELDv7-lT-XzNIdWD71nkeeV2OV1LP1JX24BalyNmSysA yU11VUTRpSZFrWbpWeowAy2kj4SB，2016-06-20.

[3]oammin.太陽(yáng)能電池板的灰塵如何清理[EB/OL]. http://www.21spv.com/news/show.php?itemid=6019，2016-06-20.

責(zé)任編輯朱守鋰

2016-06-20

嚴(yán)旭章(1984-)，男，廣東實(shí)驗(yàn)中學(xué)實(shí)驗(yàn)師，本科。研究方向：生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。(廣東 廣州/510375 )

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