一种基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板制造技术

本发明专利技术提出了一种基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板，包括交变电源

【技术实现步骤摘要】
一种基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板


[0001]本专利技术涉及能源与环保
，一种基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板
。

技术介绍

[0002]“双碳”目标下，随着我国新型能源体系构建的推进，光伏装机容量不断攀升
。
然而，由于光伏组件长期处于露天环境中，光伏板表面灰尘污染问题日益凸显
。
一方面，光伏板表面积灰会造成发电效率显著下降，以西北地区
40GW
光伏并网容量为例，持续3个月积灰后，发电效率下降
35
％以上，年发电量损失达
189
亿千瓦时
(
约
0.22
％年全国社会用电量
)
，另一方面，积灰带来的腐蚀
、
热斑效应等问题也会导致光伏系统的可靠性快速下降甚至彻底毁坏
。
因此，开发光伏板自清洁技术是保障我国光伏发电系统安全高效稳定运行的关键
。
[0003]目前，国内外光伏板自清洁技术主要集中在光伏清洁机器人
、
超疏水
/
亲水涂层等方面
。
然而，光伏清洁机器人在屋顶
、
荒漠等特殊环境中，需专人维护，同时机械设备在无水条件下移动，颗粒与光伏板摩擦会造成光伏板表面磨损甚至划痕，导致光伏板寿命进一步下降；而超疏水
/
亲水涂层材料目前制备成本较高，同时受高温或紫外线影响易变形脱落，耐久性较差，难以匹配光伏板使用寿命
(25
年以上
)。
除上述方式外，也有学者提出通过静电清除灰尘方法，但该方法在潮湿环境
、
高浓度颗粒环境下还存在许多问题，例如细颗粒脱除效率较低，降雨或板面结露时自清洁能力急剧下降
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板，即通过光伏板自身电量构建交变电场，大颗粒在荷电作用下快速迁移脱除，而较难脱除的细颗粒则依靠电润湿作用使其与液滴碰撞
‑
裹挟脱除，耦合实现面向不同应用场景下光伏板表面的高效
、
智能
、
长时自清洁
。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板包括交变电源
、
控制器
、
湿度传感器
、
板体以及金属边框，所述湿度传感器位于光伏板体顶部，通过电路与控制器连接，所述板体顶层为疏水层，疏水层覆于保护层顶部，保护层底部装有透明电极，所述保护层通过绝缘层与第一粘合层相连，所述板体包括太阳能电池片，顶部和底部分别连接第一粘合层和第二粘合层，所述板体包括底板，通过第二粘合层与太阳能电池片连接，所述板体四周安装有金属边框
。
[0006]优选的，所述疏水层的材质为氟硅聚合物材料，厚度为5～
10
μ
m
，液滴水滴可在其表面滚动而不会分散，同时该疏水层表面具有较低的表面能，减小了表面吸附力，有利于颗粒物的清除
。
[0007]优选的，所述保护层的材质为超白压延玻璃，厚度为1～
3mm
，起保护和支撑作用，具有一定的抗热稳定性
、
抗冲击性
。
[0008]优选的，所述透明电极采用纳米银线材料，透明电极的厚度为1～3μ
m
，宽度为
500
～
2000
μ
m
，不仅具有优异的导电性，同时还具有高透光性，不会对光伏板整体的透光率产生较大影响
。
[0009]优选的，所述透明电极线条状竖直等间隔排列，构成电极阵列，电极间距为
500
～
5000
μ
m
，电极阵列连接交流电源后在光伏板表面空间中构建交变电场，在交变电场中，粒径大于
10
μ
m
的颗粒受荷电作用将自发滑动
/
跳跃离开光伏板实现脱除，而粒径小于5μ
m
的颗粒由于荷电量较弱，主要依靠与液滴碰撞
‑
裹挟实现脱除，具体原理如下：
[0010]当透明电极通过控制器连接交流电源，在光伏板表面施加一个交变电场时，由于电润湿作用，电场中液滴的平衡接触角值增大，浸润性会发生改变
。
在交变电场的刺激下，液滴两侧表面张力的不平衡而发生变化，从而驱动液滴的整体流动，当液滴运动特性和交变电场特性满足一定的条件时，电场力会使液滴来回震荡移动或以一定的路径快速脱离，液滴在移动过程中会与小于5μ
m
的细颗粒发生碰撞，主要分为颗粒与液滴前缘接触
、
颗粒浸没在液滴中
、
颗粒与液滴后缘接触
、
颗粒随液滴一起运动四个阶段，当满足一定的电场条件时，再加液滴本身运动的惯性，最终使裹挟细颗粒的液滴从光伏板表面脱除，从而实现光伏板表面电润湿作用下的自清洁
。
[0011]当板面粒径大于
10
μ
m
的颗粒处于非均匀交变电场中时，电荷将在颗粒表面重新分布，正电荷和负电荷将积聚在颗粒的相对两侧，产生电偶极矩，颗粒受介电泳力影响在交变电场驱动下发生迁移
。
此时，一部分颗粒被直接排斥落地或继续漂浮，另一部分颗粒重新落入板面，通过与电介质层摩擦进一步荷电，在电场力
、
重力
、
介电泳力等作用下克服粘附力等阻力不断荷电
‑
起跳
‑
迁移，最终颗粒从光伏板表面脱离，从而实现光伏板表面荷电作用的自清洁
。
优选的，所述透明电极图案经过位图的图像编辑处理后，采用玻璃喷墨打印方式使其贴覆于保护层底部表面，通过改变外部电脉冲信号的大小来控制喷嘴的喷墨量大小，从而控制透明电极打印的厚度及宽度
。
[0012]优选的，所述透明电极以并联电路的形式与控制器相连，以便于灵活调控交变电场特性
。
[0013]优选的，所述绝缘层由介质膜材料喷涂在透明电极和保护层表面而形成，厚度为
10
～
30
μ
m
，材质为氮化硅材料，具有透射率高
、
化学稳定性
、
高击穿场强等特点，能够有效防止板面被高电压击穿，从而保证了自清洁光伏板的整体绝缘性能
。
[0014]优选的，所述第一
、
第二粘合层的材质为
OCA
光学透明胶材料，粘合层厚度为
200
～
400
μ
m
，主要起起粘结和固定作用，保证自清洁光伏板整体严密贴合
。
优选的，所述金属边框采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板，其特征在于：光伏板中透明电极阵列连接交流电源后在光伏板表面空间中构建交变电场，在交变电场中，大粒径颗粒受荷电作用将自发滑动
/
跳跃离开光伏板实现脱除，而细颗粒由于荷电量较弱，主要通过液滴电润湿作用，与液滴碰撞
‑
裹挟实现脱除，所述自清洁具体过程如下：
(1)
当透明电极通过控制器连接交流电源，在光伏板表面施加一个交变电场时，由于电润湿作用，光伏板表面的液滴
(
如雨滴
、
雾气凝结水滴等
)
平衡接触角值增大，浸润性会发生改变
。
在交变电场的刺激下，液滴两侧表面张力的不平衡而发生变化，从而驱动液滴的整体流动，当液滴运动特性和交变电场特性满足一定的条件时，电场力会使液滴来回震荡移动或以一定的路径快速脱离，液滴在移动过程中会与细颗粒
(
如粒径小于5μ
m)
发生碰撞，主要分为颗粒与液滴前缘接触
、
颗粒浸没在液滴中
、
颗粒与液滴后缘接触
、
颗粒随液滴一起运动四个阶段，当满足一定的电场条件时，再加液滴本身运动的惯性，最终使裹挟细颗粒的液滴从光伏板表面脱除，从而实现光伏板表面电润湿作用下的自清洁
。(2)
当板面大粒径颗粒
((
如粒径大于
10
μ
m))
处于非均匀交变电场中时，电荷将在颗粒表面重新分布，正电荷和负电荷将积聚在颗粒的相对两侧，产生电偶极矩，颗粒受介电泳力影响在交变电场驱动下发生迁移
。
此时，一部分颗粒被直接排斥落地或继续漂浮，另一部分颗粒重新落入板面，通过与电介质层摩擦进一步荷电，在电场力
、
重力
、
介电泳力等作用下克服粘附力等阻力不断荷电
‑
起跳
‑
迁移，最终颗粒从光伏板表面脱离，从而实现光伏板表面荷电作用的自清洁
。2.
根据权利要求1所述的基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板，其特征在于：整体结构包括交变电源
、
控制器
、
湿度传感器
、
板体以及金属边框，所述湿度传感器位于光伏板体顶部，通过电路与控制器连接，所述板体顶层为疏水层，疏水层覆于保护层顶部，保护层底部装有透明电极，所述保护层通过绝缘层与第一粘合层相连，所述板体包括太阳能电池片，顶部和底部分别连接第一粘合层和第二粘合层，所述板体包括底板，通过第二粘合层与太阳能电池片连接，所述板体四周安装有金属边框
。3.
根据权利要求1所述的基于颗粒荷电和电润湿耦合作用的自清洁光伏板，其特征在于：所述透明电极线条状竖直等间...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑成航，王伊凡，高翔，杨猛，周灿，杨超，张悠，翁卫国，杨洋，张涌新，吴卫红，
申请(专利权)人：浙江大学嘉兴研究院，
类型：发明
国别省市：