楊子建，王越超，陳思遠，陳 濤

（1.北京京能高安屯燃氣熱電有限責任公司，北京 100024；2.北京源深能源科技有限責任公司，北京 100036）

1 引言

隨著環(huán)保理念普及和可再生能源廣泛應用，光伏發(fā)電作為清潔能源受到關注。但光伏組件表面污染制約其效率和壽命。納米鍍膜技術可形成均勻致密的納米膜，保護和清潔光伏組件，提高發(fā)電效率和穩(wěn)定性。在光伏組件自清潔中應用具重要意義。

2 納米鍍膜技術概述

2.1 定義及特點

納米鍍膜技術是一種廣泛應用的表面涂層技術，利用納米材料的特性形成高純度的納米玻璃覆蓋膜，有效防止物體表面的污染和積灰。納米材料具有較大的比表面積和特殊的表面活性，在光伏組件自清潔方面具有廣泛的應用，且對光電轉換效率影響較小。

2.2 基本原理

納米鍍膜技術的原理是利用電氣化學反應，在物體表面形成納米級的玻璃覆蓋膜。通過噴涂特殊的納米材料電鍍液，可以使物體表面形成厚度20～60 nm的納米玻璃覆蓋膜。這種覆蓋膜具有優(yōu)異的物理和化學性質，可以有效地防止組件表面的污染和積灰。相比于傳統(tǒng)的有機材料，納米鍍膜技術具有更高的穩(wěn)定性和較低的光損失率，具有更長的使用壽命和更好的效果。

2.3 優(yōu)勢

在光伏組件自清潔方面，納米鍍膜技術具有多方面的優(yōu)勢。首先，納米鍍膜技術的應用可以在很大程度上提高光伏組件的自清潔效果。傳統(tǒng)的有機材料會在長時間的使用中發(fā)生劣化和老化，會引起聚水性、透光率等問題，而納米鍍膜技術可以有效地避免這些問題的出現。納米鍍膜覆蓋膜具有優(yōu)異的抗污染和防塵性能，可以減少組件表面的粉塵和污染物的沉積，從而提高組件的光電轉換效率；其次，納米鍍膜技術采用無機材料制成的覆蓋膜，具有優(yōu)異的耐候性和耐腐蝕性。無機材料不會發(fā)生劣化和老化，因此可以保證覆蓋膜在長期使用中的性能穩(wěn)定。這種耐久性和穩(wěn)定性可以保證組件長期有效地抵御風雨和污染物侵蝕，從而延長組件的使用壽命和維護周期；最后，納米鍍膜技術的施工工藝相對簡單，成本較低。由于這種技術是通過電氣化學反應生成納米粒子電鍍液噴灑在組件表面形成覆蓋膜，因此施工過程簡單快捷。與傳統(tǒng)的有機材料相比，納米鍍膜技術的成本更低，適用于大規(guī)模的生產應用。

3 材料與方法

3.1 納米鍍膜材料選擇

硅酸鈦是一種無機材料，具有高度的化學穩(wěn)定性和良好的光學性能。在納米鍍膜技術中，硅酸鈦可以作為主要材料用于制備納米玻璃覆蓋膜。其優(yōu)點在于，硅酸鈦具有較高的透光率，可以有效減少光伏組件的光損失率，提高發(fā)電效率。此外，硅酸鈦具有較高的穩(wěn)定性和親水性，能夠有效防止污染物在光伏組件表面的附著，從而保持組件表面的清潔度，提高組件的長期穩(wěn)定性和使用壽命。同時，硅酸鈦還具有良好的耐腐蝕性和耐候性，能夠在各種復雜的氣候條件下保持其優(yōu)異的性能。因此，在納米鍍膜技術中，選擇硅酸鈦作為主要材料具有重要的意義和應用價值。

3.2 納米鍍膜制備方法

文章采用的納米鍍膜制備方法主要包括材料準備、分散處理、添加附著劑和噴涂制備四個步驟。首先將硅酸鈦粉末與去離子水混合形成10 wt%的漿料，乙醇和丙烯酸酯的添加提高涂層的附著力。然后通過超聲分散確保納米顆粒均勻分散在溶液中，提高涂層的均勻性和質量。最后采用噴涂法在光伏組件表面涂覆納米鍍膜，通過調整噴涂參數使涂層均勻覆蓋在組件表面，形成厚度約為40 nm 的納米鍍膜層。

3.3 光伏組件的納米鍍膜處理

在該研究中，對20 片光伏組件進行納米鍍膜處理。在處理前，首先需要對組件表面進行清潔處理，以確保表面無污染物影響后續(xù)的處理效果。通常選擇晴朗無風的天氣，可以使用清洗劑或去離子水進行清洗。清洗后，在無風無塵環(huán)境中使組件表面干燥，以加速涂層干燥和附著。接下來，將納米鍍膜液通過噴涂法或滾涂法均勻地噴灑在組件表面，確保涂層厚度均勻且覆蓋全面。噴涂完成后，將組件放置在干燥24 h，使涂層完全固化和附著。通過這樣的處理方式，可以使光伏組件表面形成一層厚度約為40 nm 的納米玻璃覆蓋層，有效防止污染物在表面附著，提高組件的自清潔性能。

3.4 自清潔性能測試與評價方法

在本研究中，為了評估納米鍍膜對光伏組件自清潔性能的影響，采用了對比試驗的方法。具體步驟如下：

（1）選擇相同類型和規(guī)格的光伏組件，分為兩組，其中一組作為實驗組，另一組作為對照組。

（2）對實驗組的光伏組件進行納米鍍膜處理，采用噴涂法在組件表面涂覆約40 nm 厚的硅酸鈦（TiSiO3）納米鍍膜。對照組的光伏組件不進行任何處理。

（3）將兩組光伏組件暴露于自然環(huán)境中，每隔15 d 記錄組件表面的污染程度，包括污垢、灰塵、霧霾等。使用顯微鏡等設備對污染程度進行定量評估。

（4）測量兩組光伏組件的光電轉換效率和透光率，以評估納米鍍膜對組件性能的影響。這里的光電轉換效率是指光伏組件從光能到電能的轉換效率，也是評估組件性能的重要指標之一。透光率是指組件表面的透光性能，也是光伏組件的一個重要性能指標。

（5）對比兩組組件在不同污染程度下的光電性能，評估納米鍍膜在提高光伏組件自清潔性能方面的作用。可以通過統(tǒng)計學方法對數據進行分析，以得出結論。

4 納米鍍膜對光伏組件自清潔性能的影響

4.1 納米鍍膜對光伏組件表面污染的抑制作用

為了進一步研究納米鍍膜對光伏組件自清潔性能的影響，對現場運行數據進行了收集。兩組光伏組件在運行期間的數據統(tǒng)計如表1 和表2 所示，包括污染指數、光電轉換效率和透光率。

表1 污染程度對比表

表2 污染程度對比表

從表1 中可以看出，納米鍍膜組件在實驗期間的污染指數均略低于未處理組件。在實驗的第60 天，未處理組件污染指數達到56，而納米鍍膜組件污染指數為50。這說明納米鍍膜能夠抑制光伏組件表面的污染，可以維持組件的清潔度和光學性能。

4.2 納米鍍膜對光伏組件性能的影響

為了評估納米鍍膜對光伏組件性能的影響，同時對未處理組件和納米鍍膜組件的光電轉換效率和透光率進行了測量。表2 是兩組光伏組件在光電轉換效率和透光率方面的監(jiān)測數據。

從表2 中可以看出，納米鍍膜組件在整個實驗期間的光電轉換效率和透光率均高于未處理組件。在實驗的第60 天，未處理組件光電轉換效率為13.5%，而納米鍍膜組件光電轉換效率為14.0%。同時，未處理組件透光率為85%，而納米鍍膜組件透光率為91%。這說明納米鍍膜能夠提高光伏組件的光電轉換效率和透光率，進而提高光伏組件的發(fā)電性能和整體效益。

通過此次試驗表明納米鍍膜可以降低光伏組件表面污染指數，提高組件的光電轉換效率和透光率，從而提高組件的發(fā)電性能和整體效益。

4.3 納米鍍膜對光伏組件壽命的影響

根據上述現場數據，納米鍍膜可以顯著降低光伏組件表面污染程度，提高光電轉換效率和透光率，從而間接延長組件的使用壽命。具體而言，納米鍍膜對光伏組件的優(yōu)勢表現在以下方面：

（1）降低表面污染：納米鍍膜組件的表面污染指數較低，這有助于減少因表面污染而引起的性能下降，進而延長組件壽命。

（2）提高光電轉換效率：納米鍍膜組件的光電轉換效率高于未處理組件，這有利于提高組件的整體性能，進而延長組件使用壽命。

（3）提高透光率：納米鍍膜組件的透光率較高，這有助于光線更有效地穿透玻璃表面，提高光電轉換效率，從而延長組件使用壽命。雖然以上數據顯示納米鍍膜技術對光伏組件性能和壽命具有積極影響，但本研究時間有限，未能觀察到納米鍍膜對光伏組件長期使用壽命的影響。因此，為了更深入地了解納米鍍膜對光伏組件壽命的影響，建議進行長期現場運行監(jiān)測分析，系統(tǒng)分析納米鍍膜在光伏組件壽命方面的優(yōu)勢和潛在問題，為光伏產業(yè)的發(fā)展提供更有力的支持。

5 納米鍍膜技術在光伏組件自清潔中的應用優(yōu)化

5.1 優(yōu)化納米鍍膜材料選擇

在光伏組件自清潔方面，納米鍍膜材料的選擇是至關重要的。目前常用的納米材料包括有機物、金屬氧化物、石墨烯等。在選擇材料時需要考慮以下因素：

（1）穩(wěn)定性：材料的穩(wěn)定性是選擇的關鍵因素之一。鍍膜材料需要能夠在長時間的使用中保持穩(wěn)定性，不易受到外界環(huán)境因素的影響，例如氧化、腐蝕等。因此，選擇具有較高化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的材料是十分必要的。

（2）成本：納米材料的成本也是選擇的一個重要因素。需要選擇具有較低成本、易獲取的材料，以確保應用的經濟效益。

（3）對光電轉換效率的影響：納米鍍膜的材料會對光電轉換效率產生影響，需要選擇對光電轉換效率影響較小的材料。例如，一些材料在鍍膜后會增加光伏組件的吸收能力，提高其光電轉換效率。

5.2 優(yōu)化納米鍍膜制備方法

不同制備方法對納米鍍膜的成分、結構和性質都有著不同的影響。優(yōu)化制備方法可以提高納米鍍膜的性能，提高其在光伏組件自清潔中的應用效果。物理氣相沉積是一種常用的納米鍍膜制備方法，其制備過程需要高溫、真空條件?；瘜W氣相沉積是另一種制備方法，通過化學反應在光伏組件表面生成納米薄膜。溶液法則是在水或其他有機溶劑中溶解納米顆粒，再將其沉積在光伏組件表面。在制備方法的選擇上，需要綜合考慮成本、效率、穩(wěn)定性等因素。

優(yōu)化納米鍍膜制備方法的具體方法包括調整制備工藝參數、改進設備設計和優(yōu)化反應條件等。例如，在物理氣相沉積方法中，可以優(yōu)化氣氛流量、反應時間和反應溫度等參數，以控制納米顆粒的大小和分布，從而影響鍍層的性質。在化學氣相沉積方法中，可以改變反應氣體、反應條件和反應時間等因素，優(yōu)化反應條件和反應速率。通過優(yōu)化納米鍍膜制備方法，可以提高鍍層的致密性、均勻性和附著力，從而提高其在光伏組件自清潔中的應用效果。

5.3 優(yōu)化納米鍍膜處理工藝

在納米鍍膜處理工藝中，表面處理是一項重要的工藝。在光伏組件的表面處理中，可以采用噴砂、刻蝕、化學處理等方式進行表面粗化處理，以提高鍍層的附著力和表面能。同時，在納米鍍膜處理中，熱處理和壓力處理也是常見的優(yōu)化工藝。熱處理可以提高鍍層的致密性和抗氧化性，而壓力處理則可以提高鍍層的硬度和耐磨性。

在優(yōu)化納米鍍膜處理工藝的過程中，需要充分考慮鍍層的性質和應用環(huán)境。不同的工藝處理會對鍍層的性能產生不同的影響，因此需要根據具體情況進行選擇和優(yōu)化。例如，在應用于光伏組件中時，需要考慮鍍層的光電轉換效率和抗污染性等因素。因此，在選擇和優(yōu)化處理工藝時，需要綜合考慮不同因素的影響，并尋找最優(yōu)的處理方式，以提高納米鍍膜技術在光伏組件自清潔中的應用效果。

6 結語

總體而言之，納米鍍膜技術是一種有效的光伏組件自清潔方法，具有顯著的優(yōu)勢和應用前景。優(yōu)化納米鍍膜材料選擇、制備方法和處理工藝可以進一步提高其自清潔效果和使用壽命。納米鍍膜技術在光伏組件自清潔中的應用，為提高光伏發(fā)電效率和減少光伏組件的維護成本提供了一種新的解決方案，進而為光伏組件的高效運行創(chuàng)造有利條件。