光伏发电是一种清洁能源,具有无枯竭、安全可靠,无噪声,无污染、不受地域限制、建设周期短等优点,所以全球光伏能源发展迅速,我国光伏行业增长势头尤为迅猛,自2007年起超越欧洲、日本,成为世界太阳能电池生产的第一大国。
数据来源:CPIA 图1 我国光伏发电装机情况
然而,太阳能光伏板的表面污染问题难以避免,会造成发电量逐年下降。据统计,光伏板由于污染的原因,欧洲地区年间发电量下降约9.3%,中国及东南亚地区等污染稍严重的地区,发电量下降在10%以上。所以太阳能光伏板需要定期的人工清洗维护,才能维持发电量不大幅度衰减。国内光伏电站多建设在郊外地区,特别是我国西北部日照充足、降雨量很少的地区,在这些环境下的人工清洁难度较大且费用较高。而现有的人工清洗、机器清洗、高压水清洁等方式,会对光伏板表面的“增透减反”涂层造成破坏而加快透光率衰减,所以利用自然条件抑制污染——光伏纳米涂液,是太阳能光伏板防污的首选方式。
光伏纳米涂液的作用原理是采用了二氧化硅分形组合技术,以及混合了三氧化钨和纳米氧化锡,能在玻璃表面形成200纳米以下的粗糙表面形貌(如下图),同时产品中加入高耐化学性的铂催化粒子和具有光催化活性的纳米级二氧化钛,涂层接触角小于5°,所以施工过的光伏玻璃表面,具有增透、超亲水抗污性、防静电性和超强的耐候性。
图2 超亲水防静电自清洁涂层微观结构
性能描述
光伏纳米涂液具有以下性能特点:
1.防静电:防止粉尘颗粒吸附在光伏板表面。大气污染物中粉尘性颗粒,在无粘附物时,大多数依靠静电吸附在光伏板表面,防静电功能可使这些颗粒无法牢固吸附在涂层表面,在有风的情况下,即可吹落粉尘性脏污。
图3 光伏板的防静电状态(左)与 静电状态(右)
2.超亲水自清洁功能:涂层的水接触角小于5°,具有优异的超亲水性,雨水铺展在涂层面,进而渗入到污垢底部,将污垢冲走(如下示意图)。
图4 超亲水自清洁作用示意图
3.增透性:涂层固化后有较低折射率,可增加光透过率。光伏纳米涂层的折射率约1.3,实际测试,有涂层的光伏板,透光率增加3%左右。
图5 增透作用示意图
4.耐候性:涂层固化后为纯无机材料,耐候性能优异。实验室涂布施工的光伏板,经过1000h的“QUV加速老化”和高温高湿“双85”的测试,其透光率也可保持初期施工时的状态。
我们的光伏纳米涂液结合了减反射增透、超亲水自清洁和辐射致冷等三大技术特点。涂液固化后形成超薄的无机纳米涂层,厚度约100纳米,具备耐磨、耐候、防静电等特性。这些特性显著提升了光伏板的发电效率,并大幅度降低了运维清洗成本。经过实验室测试和多个光伏电站的实际应用验证,该涂层不仅能自动清洁,还能有效增加发电量,雨水充足时甚至可以实现免清洗维护。
尽管如此,目前光伏行业在推广这一技术方面仍面临诸多挑战。无论是在光伏玻璃厂的前端还是运营维护端,材料与施工成本仍然是制约因素。然而,光伏板表面污染对发电量的影响已成为行业的痛点,随着产品认知的提升,以及材料与施工投入相对较小但带来的发电量增益和免清洗维护的高产出,我们相信这一产品在光伏行业普及的时间已经不远。