M.Fathi1,a,M. Abderrezek1,M. Friedrich2,b  and K.Tabani1

1 Unité de Développement des EquipementsSolaires, UDES / Centre de Développement des Energies Renouvelables, CDER,42415, Tipaza, Algérie

關鍵詞：納米涂層，疏水性，太陽能電池板，塵埃，光傳輸，光伏發電。

摘 要:本文提出并研究了自清潔納米涂層在太陽能電池板上的應用。我們測量了納米涂層表面水滴接觸角的重要性。我們發現在透光率和開路電壓（Voc）對光伏組件的有益作用。實驗表明，事先做過處理的玻璃透射系數（T）更高。此外，從熱透鏡分析，我們發現，相對未處理的模塊，具有納米涂層的光伏組件變得更冷，更清潔。

介紹

經過材料技術的不斷發展，薄膜和納米材料是顯著降低太陽能系統成本的最佳替代方案; 他們是有潛力可以被使用在需要提供高能量轉換效率和功能化性能的高性能材料[1]。在這項研究中，我們對太陽能電池組件對灰塵沉積和溫度變化的敏感性進行了實驗，使我們能夠優化太陽能發電設備的能源生產，實現在多塵的地區最佳性能（沙漠地區，靠近海邊，干旱和半干旱地區） [2，3]。為了滿足這一要求，本文提出并實驗了太陽能電池板上自清潔納米涂層的應用。

為了避免光伏組件玻璃上的污染，我們通過應用疏水性納米涂層材料研制出幾條路徑。正如以前對沙漠和半干旱地區的研究所示，清潔成本非常重要，意味著光伏電站的維護和運行成本（M＆O）以及能源價格的上漲[4]。這驅動著我們提出在多塵或污染環境中使用太陽能電池板的解決方案。

疏水涂層的表面處理實驗

為了避免污染在光伏組件玻璃上的影響，我們采用了一種基于聚合物和基本天然油脂混合物的疏水涂層材料，進行了幾次試驗。其精確的公式是根據nanotol專利。在玻璃樣品和光伏組件上進行了數次跟蹤測試。這些玻璃樣品將用于研究我們所創造的水排斥反應性(疏水性)，以及液滴水接觸角的測量。之后，玻璃樣本允許我們研究光傳輸的進化。涂層了的光伏模塊與疏水層進行電和熱分析，以確定它們在下一節中展示的性能和行為。圖1總結了玻璃和光伏模塊涂層的主要步驟。疏水納米涂層的沉積過程，首先是用蒸餾水和洗滌劑清洗玻璃或光伏組件。然后,以防殘留污垢,利用濃縮的 Primer納米清潔劑 [5]進行清潔?；蛘?我們直接去最后一步清洗，使用在蒸餾水稀釋了的Primer(15毫升/ 1升)。在使用微纖維后擦拭干燥后，我們得到了一個完美的干凈表面，準備好涂上疏水性納米涂層。最后,我們噴納米密封劑 Sealant [5]在清潔玻璃表面，等10分鐘的固化時間后,我們繼續用特定的超細纖維拋光。經過處理的玻璃和光伏組件，最佳效果是在暴露于戶外條件之前，保存在干凈的地方靜置48小時。

結果和討論

為了驗證我們涂層的疏水性，我們測量了接觸角。 對于這個問題，我們已經應用了高分辨率的相機來對玻璃表面上的水滴進行圖像捕獲。我們已經從圖2a和b看到了水滴接觸角達到90°的明顯增加（圖2b）。 此外，我們可以看到圖3清潔多塵的表面的有益效果，我們可以觀察到清潔的水。 

我們已經成功地在經處理的玻璃上顯示出更高的透射系數。這種改進在實驗上顯示于圖4。其中測量處理和未處理的干凈玻璃之間的平均差距為3.73％。 另一方面，這種傳播差距在灰塵玻璃上進一步擴大，在我們的粉塵沉積條件（4.6g / m2）下變得8.78％。

光伏組件的背面溫度與開路電壓（Voc）已經在戶外實驗臺上使用數據記錄儀Hydra Fluke系列II進行了研究。我們已經在圖5中繪制了我們的測量結果。然后，我們計算了納米涂層的光伏模塊和未涂覆的光伏模塊的Voc電壓對溫度（ΔVoc/ΔT）的損耗系數。我們發現有納米涂層的光伏組件的損耗較低（對于納米涂層光伏組件，ΔVoc/ΔT=-15.6mv /℃，未涂覆的光伏組件的ΔVoc/ΔT=-17.7mv /℃）。這將改善光伏組件在我們的場地（北非）的高溫條件下的表現。應用熱敏照相機，通過顯示一個輪廓顏色（圖6-a）證實了這些以前的結果，表明處理過的模塊的溫度更低，這可以通過粉塵熱點效應來解釋[6]。事實上，灰塵積聚導致光伏電池中陰影區域的增加，這在光伏模塊中產生更高的熱點，然后產生更高的溫度。同時，我們在用疏水納米涂層處理過的表面上觀察到更清潔的表面模塊。

疏水涂層成本分析

為了證明我們的光伏組件技術運行和維護（O＆M）涂層建議的附加值，我們估計了nanotol®的疏水涂層（包括其施工）的表面處理成本，總價約為0.72 歐元/平方米/ 2年，至少有效期為兩年[7]。 因此，每年0.36歐元/平方米。從參考文獻4，我們的地區（北非）與氣候條件相匹配，我們通過常規方法計算了大型光伏電站（> 1兆瓦）清洗一平方米的成本; 是2.25歐元/平方米/年。因此，通過使用納米涂層方案，我們贏得1.89歐元/平方米/年，相當于18.900歐元/ 1MW/年。

結論

實驗數據表明，納米涂層玻璃具有更高的透射率，是由光伏模塊的增強的電氣性能轉化。光伏組件的熱和電行為的實驗研究顯示，開路電壓與溫度系數的損耗顯著降低。 此外，與傳統的清潔技術相比，成本分析估計有一個增益利潤約1.89歐元/平方米/年。此外，這也支持了我們水資源有限的地區的光伏技術的可持續性。 從本文的角度來看，我們正在收集實驗數據，以測量相對于未涂覆光伏電池而言，使用了納米密封涂層的光伏電池板兩年內，效率（％）和能量輸出（W）的增益將達到每平方米多少。

參考文獻

[1]     SureshSagadevan, RECENT TRENDS ON NANOSTRUCTURESBASED

SOLAR ENERGY APPLICATIONS: AREVIEW, Rev. Adv. Mater. Sci. 34 (2013) 44-61 

[2]   S.Bhrath Raghav, V. Dinesh, Recent Developments on Nanotechnology In SolarEnergy, International Journal Of Engineering And Computer ScienceISSN:2319-7242 ,Volume –5 Issue -02February, 2016 Page No.15829-15834

[3]     J.K.Kaldellis,M.Kapsali,Simulatingthedusteffectontheenergyperformanceofphotovoltaicgenerators based on experimental measurements, Elsevier, Energy 36 (2011)5154-5161, doi:10.1016/j.energy.2011.06.018

[4]     TamerShahin, New Energy Oasis (NEO)-Desert Solar at KAUST King Abdullah Universityof Science and Technology, 

[5]    YuzuruUEDA et al, “Performance degradation analysis of different kinds of PVtechnologies in HOKUTO solar project”, 26th  EPVSEC, 05-09 Sep. 2011,Hamburg