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纳米疏水涂层对在多尘环境中太阳能光伏组件的显著作用

国际太阳能光伏网  来源:光伏领跑者创新论坛  日期:2019-03-14
  本文提出并研究了自清洁纳米涂层太阳能电池板上的应用。我们测量了纳米涂层表面水滴接触角的重要性。我们发现在透光率和开路电压(Voc)对光伏组件的有益作用。实验表明,事先做过处理的玻璃透射系数(T)更高。此外,从热透镜分析,我们发现,相对未处理的模块,具有纳米涂层的光伏组件变得更冷,更清洁。
 
  介绍
 
  经过材料技术的不断发展,薄膜和纳米材料是显著降低太阳能系统成本的最佳替代方案;他们是有潜力可以被使用在需要提供高能量转换效率和功能化性能的高性能材料。在这项研究中,我们对太阳能电池组件对灰尘沉积和温度变化的敏感性进行了实验,使我们能够优化太阳能发电设备的能源生产,实现在多尘的地区最佳性能(沙漠地区,靠近海边,干旱和半干旱地区)。为了满足这一要求,本文提出并实验了太阳能电池板上自清洁纳米涂层的应用。
 
  为了避免光伏组件玻璃上的污染,我们通过应用疏水性纳米涂层材料研制出几条路径。正如以前对沙漠和半干旱地区的研究所示,清洁成本非常重要,意味着光伏电站的维护和运行成本(M&O)以及能源价格的上涨。这驱动着我们提出在多尘或污染环境中使用太阳能电池板的解决方案。

  疏水涂层的表面处理实验
 
  为了避免污染在光伏组件玻璃上的影响,我们采用了一种基于聚合物和基本天然油脂混合物的疏水涂层材料,进行了几次试验。其精确的公式是根据nanotol专利。在玻璃样品和光伏组件上进行了数次跟踪测试。这些玻璃样品将用于研究我们所创造的水排斥反应性(疏水性),以及液滴水接触角的测量。之后,玻璃样本允许我们研究光传输的进化。涂层了的光伏模块与疏水层进行电和热分析,以确定它们在下一节中展示的性能和行为。
 
 
  图1总结了玻璃和光伏模块涂层的主要步骤。疏水纳米涂层的沉积过程,首先是用蒸馏水和洗涤剂清洗玻璃或光伏组件。然后,以防残留污垢,利用浓缩的Primer纳米清洁剂进行清洁。或者,我们直接去最后一步清洗,使用在蒸馏水稀释了的Primer(15毫升/1升)。在使用微纤维后擦拭干燥后,我们得到了一个完美的干净表面,准备好涂上疏水性纳米涂层。最后,我们喷纳米密封剂Sealant在清洁玻璃表面,等10分钟的固化时间后,我们继续用特定的超细纤维抛光。经过处理的玻璃和光伏组件,最佳效果是在暴露于户外条件之前,保存在干净的地方静置48小时。

  结果和讨论



 
  为了验证我们涂层的疏水性,我们测量了接触角。对于这个问题,我们已经应用了高分辨率的相机来对玻璃表面上的水滴进行图像捕获。我们已经从图2a和b看到了水滴接触角达到90°的明显增加(图2b)。此外,我们可以看到图3清洁多尘的表面的有益效果,我们可以观察到清洁的水。
 
  我们已经成功地在经处理的玻璃上显示出更高的透射系数。这种改进在实验上显示于图4。其中测量处理和未处理的干净玻璃之间的平均差距为3.73%。另一方面,这种传播差距在灰尘玻璃上进一步扩大,在我们的粉尘沉积条件(4.6g/m2)下变得8.78%。
 
 
  光伏组件的背面温度与开路电压(Voc)已经在户外实验台上使用数据记录仪HydraFluke系列II进行了研究。我们已经在图5中绘制了我们的测量结果。然后,我们计算了纳米涂层的光伏模块和未涂覆的光伏模块的Voc电压对温度(ΔVoc/ΔT)的损耗系数。我们发现有纳米涂层的光伏组件的损耗较低(对于纳米涂层光伏组件,ΔVoc/ΔT=-15.6mv/℃,未涂覆的光伏组件的ΔVoc/ΔT=-17.7mv/℃)。
 
 
  这将改善光伏组件在我们的场地(北非)的高温条件下的表现。应用热敏照相机,通过显示一个轮廓颜色(图6-a)证实了这些以前的结果,表明处理过的模块的温度更低,这可以通过粉尘热点效应来解释。事实上,灰尘积聚导致光伏电池中阴影区域的增加,这在光伏模块中产生更高的热点,然后产生更高的温度。同时,我们在用疏水纳米涂层处理过的表面上观察到更清洁的表面模块。
 
  疏水涂层成本分析
 
  为了证明我们的光伏组件技术运行和维护(O&M)涂层建议的附加值,我们估计了nanotol?的疏水涂层(包括其施工)的表面处理成本,总价约为0.72欧元/平方米/2年,至少有效期为两年。因此,每年0.36欧元/平方米。从参考文献4,我们的地区(北非)与气候条件相匹配,我们通过常规方法计算了大型光伏电站(>1兆瓦)清洗一平方米的成本;是2.25欧元/平方米/年。因此,通过使用纳米涂层方案,我们赢得1.89欧元/平方米/年,相当于18.900欧元/1MW/年。
 
  结论
 
  实验数据表明,纳米涂层玻璃具有更高的透射率,是由光伏模块的增强的电气性能转化。光伏组件的热和电行为的实验研究显示,开路电压与温度系数的损耗显着降低。此外,与传统的清洁技术相比,成本分析估计有一个增益利润约1.89欧元/平方米/年。此外,这也支持了我们水资源有限的地区的光伏技术的可持续性。从本文的角度来看,我们正在收集实验数据,以测量相对于未涂覆光伏电池而言,使用了纳米密封涂层的光伏电池板两年内,效率(%)和能量输出(W)的增益将达到每平方米多少。
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