不同納米抗污涂層對(duì)組件電性能的影響研究

楊振英 何鳳琴 盧剛 郭靈山

摘 要：本文介紹了不同廠家的納米抗污涂層在組件玻璃表面的涂覆過(guò)程，以及其對(duì)光伏組件電性能的影響，探討了納米涂層與光伏玻璃的匹配性關(guān)系，提出了納米涂層在光伏電站防污應(yīng)用中的主要性能和技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：納米抗污涂層；組件電性能；玻璃透光率；親疏水性

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)，在全球節(jié)能減排、改善氣候條件為主旋律的能源政策引導(dǎo)下，太陽(yáng)能發(fā)電一躍成為新能源行業(yè)的新寵兒。隨著近幾年我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展， 2014年光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量1060萬(wàn)千瓦，約占全球新增裝機(jī)的五分之一。對(duì)于大批進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)階段的光伏電站來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)效率是表征其運(yùn)行性能的最終指標(biāo)，在電站容量和光輻照量一致的情況下，系統(tǒng)效率越高代表發(fā)電量越多。

系統(tǒng)效率的影響因素諸多，灰塵遮擋引起的效率降低便是其中之一。光伏電站組件玻璃表面灰塵積累的越多或者越厚，玻璃的透光率便越低，組件的輸出功率就會(huì)越小；甚至灰塵中的有些化學(xué)成分還會(huì)破壞玻璃組成結(jié)構(gòu)，降低組件使用壽命。如果組件表面的灰塵長(zhǎng)期得不到清潔或清除，光伏電站的系統(tǒng)發(fā)電效率自然會(huì)下降。灰塵積累程度主要取決于光伏電站建設(shè)的地理環(huán)境和當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境條件，這就要求電站維護(hù)管理者從主觀角度出發(fā)采取相應(yīng)預(yù)防和治理措施，盡可能降低灰塵對(duì)組件正常工作的影響。

針對(duì)上述問(wèn)題，行業(yè)內(nèi)涌現(xiàn)出各種解決和預(yù)防灰塵問(wèn)題的方法，如改變鍍膜玻璃表面涂層、研究開發(fā)智能清洗設(shè)備、改變組件安裝角度等。本文主要從改變光伏組件玻璃表面涂層、改變灰塵與玻璃表面接觸方式、減小灰塵與玻璃表面接觸面的角度，使用四個(gè)不同生產(chǎn)商的納米涂層材料，分別對(duì)相同功率檔位的單、多晶組件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室涂覆，通過(guò)涂覆前、后組件電性能（主要是功率）的變化，來(lái)分析不同廠家納米涂層對(duì)組件電性能的影響，以尋找解決灰塵遮擋問(wèn)題的有效途徑和方法。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 組件室外曝曬

分別選取功率檔位相同的單晶、多晶太陽(yáng)電池組件各12塊，將其放置在光照充足的戶外進(jìn)行曝曬，保證接受同樣輻照量的陽(yáng)光照射15天，以消除組件初始光致衰減對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

2.2 組件清洗

將室外暴曬后的組件，在實(shí)驗(yàn)室放置一定時(shí)間，待其溫度冷卻至室溫后，使用清水清洗正面，并用無(wú)塵布將組件玻璃正面擦拭干凈。

2.3 涂覆前電性能測(cè)試

清洗結(jié)束待組件玻璃表面干燥后，將各組件按照涂層A、涂層B、涂層C、涂層D組進(jìn)行分組并編號(hào)：A、B、C、D四組、每組6塊（單晶3塊、多晶3塊）。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（AM=1.5；1000W/㎡；25oC）下，先后使用紅外缺陷測(cè)試儀（EL）和功率測(cè)試儀測(cè)試各組件EL圖像和電性能，并記錄測(cè)試結(jié)果。

2.4 抗污涂層涂覆

按照不同材料特性和涂覆方式，在滿足材料性能要求的環(huán)境條件下，進(jìn)行組件玻璃表面涂層涂覆。（表1）

2.5 涂覆后電性能測(cè)試

待組件玻璃表面涂層固化完成后，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下，再次先后使用紅外缺陷測(cè)試儀（EL）和功率測(cè)試儀測(cè)試組件EL圖像和電性能，并記錄測(cè)試結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 涂層涂覆前、后單晶組件功率對(duì)比

從涂層涂覆前后每組單晶組件功率的變化來(lái)看，涂層A組經(jīng)過(guò)涂覆后組件功率明顯下降，平均每塊組件下降3.67W；涂層B組經(jīng)過(guò)涂覆后組件功率有所升高，平均每塊組件升高3.62W；涂層C、D組經(jīng)過(guò)涂覆后組件功率變化不大，C組平均每塊組件升高0.67W，D組平均每塊組件升高0.19W。（圖1）

3.2 涂層涂覆前、后多晶組件功率對(duì)比

從涂層涂覆前后每組多晶組件功率的變化來(lái)看，涂層A組經(jīng)過(guò)涂覆后組件功率明顯下降，平均每塊組件下降5.76W；涂層B組經(jīng)過(guò)涂覆后組件功率有所升高，平均每塊組件升高3.97W；涂層C、D組經(jīng)過(guò)涂覆后組件功率變化不大，C組平均每塊組件升高1.38W，D組平均每塊組件升高2.11W。（圖2）

綜合涂覆前后單晶、多晶組件功率的變化趨勢(shì)，結(jié)合組件功率測(cè)試儀的機(jī)械偏差0.5%（在該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)械偏差在1.2-1.5W范圍內(nèi)），可知，涂層材料A、B對(duì)組件玻璃的透過(guò)率有較大的影響，涂覆納米涂層A后的組件功率均有所下降，涂覆納米涂層B后的組件功率均明顯升高；涂層材料C、D對(duì)組件玻璃的透過(guò)率影響較小，涂覆納米涂層C、D后的組件功率基本無(wú)變化。

4 結(jié)論

通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可以明顯看出，不同廠家的納米涂層對(duì)組件玻璃的透過(guò)率影響不同，故對(duì)組件功率的表現(xiàn)也就有所差異。從組件玻璃表面涂覆涂層后的粘附速率、固化時(shí)間、外觀和電性能變化等方面綜合分析，滿足既能預(yù)防和治理灰塵對(duì)組件發(fā)電量的影響又不影響組件正常工作的要求，建議采用親、疏水性與玻璃親、疏水性相同、原子結(jié)構(gòu)帶有硅基的納米涂層，方能取得較為理想的效果。

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基金項(xiàng)目：

國(guó)家電力投資集團(tuán)公司科技項(xiàng)目：新型抗污涂層在戶外光伏組件防塵中的應(yīng)用；項(xiàng)目編碼：2015-117-HHS-KJ-X（階段性成果）。

作者簡(jiǎn)介：

楊振英，男，1984.03，大學(xué)本科，組件工藝設(shè)計(jì)主管，助理工程師。