关于有效避免热斑效应并清洁太阳能电池板的设想

严旭章

摘要：本文作者从一款球鞋清洁剂中得到灵感，研究其原理，提出利用纳米材料和荷叶原理制作一套成本低廉的太阳能电池板清洁系统的设想。

关键词：纳米材料；荷叶原理；设想；太阳能

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1005-1422（2016）08-0138-02

太阳能电池板的清洗问题，一直是国际上的热门话题，数据显示，2012年，我国光伏产业增速达到100%，全年设计发电量达到2吉瓦，这也意味着2012年我国太阳能发电行业因为灰尘造成的损失高达2.5个亿。但是到目前为止，并没有出现能彻底解决这一问题的良方。

太阳能电池板清洁成本高昂，难度颇大，那是否还有其他手段可以解决太阳能电池板的清洁难题？带“防污”功能的太阳能板特殊涂层是目前国际上的研发重点方向之一。

前不久刚刚闭幕的“6·18”海峡项目成果交易会的福建-独联体技术转移专场对接会上，来自泉州的文创科技股份有限公司（以下简称文创科技）与白俄罗斯国立戈梅利大学签订了项目合作意向书，欲携手研发特殊太阳能光伏涂层技术，而该涂层技术最引人关注的就是其“防污”的特性。

据文创科技负责人陈志刚介绍，作为太阳能光伏产品制造商，太阳能电池板的“防污”难题他们也早有关注，但一直也没找到合适的解决方法。直到今年年初，在泉州市科技局的牵线搭桥下，文创科技的代表到广东-独联体国际科技合作联盟洽谈项目合作事项，在独联体的项目推介中，一项太阳能电池板的涂层技术吸引了文创科技代表的目光。

“据白俄罗斯专家介绍，这款涂层能够有效排斥污染物，对太阳能电池板起到屏障保护的作用，可降低其维护和运营的成本。同时不阻碍太阳能电池板吸收阳光的能力，甚至还能进一步提升电池板的光电转化率。”据陈志刚介绍，此前美、英等国就有相关技术推出，不过成本较高，而白俄罗斯的技术目前也还处于实验室阶段。

可见，太阳能板极易被污染，板上面残留的污渍容易引起热斑效应等对太阳能电池寿命及效率影响极大的问题，因此受到当今国内外的关注。当今清洁太阳能电池板的技术仍处于起步阶段，成本过高，清洁效率并不十分明显。

我们从一款球鞋清洁剂中得到灵感，研究其原理，提出了利用纳米材料和荷叶原理制作一套成本低廉的太阳能电池板清洁系统的设想。

一、荷叶原理

水滴落在荷叶上，会变成了一个个自由滚动的水珠，而且，水珠在滚动中能带走荷叶表面尘土。荷叶的基本化学成分是叶绿素、纤维素、淀粉等多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自然环境中很容易吸附水分或污渍。而荷叶叶面都具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”。

而当水滴由叶面上滚过时，由于灰尘和水滴间的接触面积大，灰尘粒子和水滴间有较强的吸附力，所以很容易就被水滴带走，这就是莲花为何能出淤泥而不染了。由于莲叶表面同时拥有这种纳米尺寸的物理结构与疏水性的化学组成，因此才具有自洁的功能。

二、接触角的定义

接触角表示某种液体对于某种材料或者表面的润湿性能。当接触角很小时，如水滴在玻璃基板上的情形，表示液体易湿润固体表面。但是如果接触角像水银液滴在玻璃基板上那么大，代表液体不易湿润此表面。因此我们考虑两种极端现象：当接触角为0度时，表示液体能完全的湿润固体表面；当接触角为180度时，代表液体完全不能湿润固体表面。

现在我们回到莲叶的接触角，水滴在莲叶上的表面接触角很大时，这代表莲叶与空气间的接口张力很低，小水滴不容易湿润莲花表面。

当液体润湿固体表面时，原本气─固的界面被液─固的界面所取代，而气─固与液─固之界面张力的差， 称之为“湿润张力”。当气─固的界面张力大于液─固的界面张力时，也就是固体和液体间的吸引力大于固体和气体间的吸引力时，固体和气体间的界面张力会将液─固界面拉伸。换句话说，被湿润的固体表面有较低的界面张力，因此液体会在固体表面扩张。当液体滴在固体表面上时，固体表面和液滴切线的夹角，就是所谓的接触角。而湿润张力和接触角的关系，可以用杨格方程式（en：Young–Laplace equation）：

气─固界面张力 - 液─固界面张力 = 气─液界面张力 × 接触角的余弦函数

γSV-γSL=γVLcosθ

由于水滴在莲叶表面的接触角很大，代表莲叶与空气间的界面张力很低，水滴不易湿润其表面。

三、热斑效应

在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。

综上所述，将荷叶原理应用于处理热斑效应，做出一种能够有效疏水、防污的纳米级材料薄膜并在一定时间段清洗，那么太阳能电池板上的污渍便能得到有效的去除，同时，我们要控制制作的成本足够低廉，因此，我们开始研究这样的新型涂层。

涂层需具备的条件如下：拥有多糖类的碳水化合物，有丰富的羟基（-OH）、（-NH）等极性基团，在自然环境中很容易吸附水分或污渍。拥有强的吸水，吸污渍的能力。能够隔离污渍，防止污渍下陷。最好可以使用污水来处理太阳能电池板时可以起到保护作用，达到资源利用的效果。

综上所述，将荷叶原理应用于处理热斑效应，做出一种能够有效疏水、防污的纳米级材料薄膜存在可能性。

参考文献：

[1]huaqiangled.太阳能电池板“热斑效应”的应对措施[EB/OL].http：//www.docin.com/p-653418852.html？qq-pf-to=pcqq.c2c，2016-06-20.

[2]Anri xxx.太阳能电池组件“热斑效应”分析[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com/link？url=iwYpo62-Oc8GnpbE6y6wsRC_hankdysDhoELDv7-lT-XzNIdWD71nkeeV2OV1LP1JX24BalyNmSysA yU11VUTRpSZFrWbpWeowAy2kj4SB，2016-06-20.

[3]oammin.太阳能电池板的灰尘如何清理[EB/OL]. http：//www.21spv.com/news/show.php？itemid=6019，2016-06-20.

责任编辑 朱守锂