用于太阳能系统的光学元件的涂料技术方案

本发明专利技术申请涉及一种向太阳能转化系统的光学元件的表面提供涂层的方法。所述方法包括用包括水和分散在所述水中的二氧化硅纳米粒子的水性涂料组合物涂布所述光学元件的表面；以及干燥所述涂料组合物以形成纳米粒子涂层。所述二氧化硅纳米粒子包括聚合物核，所述聚合物核由包括设置在所述聚合物核上的无孔二氧化硅粒子的壳包围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于太阳能系统的光学元件的涂料
本专利技术广义地涉及使用可用于涂布基底的组合物的太阳能系统。
技术介绍
已经开发出利用太阳能转化系统的许多系统以将阳光转化为电力。通常被称作聚光光伏(CPV)系统的这些系统中的一些依赖于透镜或一个或多个反射镜，它们将阳光引导或聚集到将光直接转化为电力的光伏(PV)元件(电池)上。通常被称作聚光光热(CSP)系统的其它系统依赖于将聚集的阳光转化为热，并且接着利用所述热产生电力。通常，可设计系统以用于诸如办公建筑或大型零售店的商业建筑，或作为应用级系统。针对这些不同种类的应用已经开发出多种太阳能系统设计。尽管太阳能系统的设计多种多样，但它们都需要以尽可能低的安装成本来提供电力。并且它们全部都包括至少一个太阳光学元件，其必须以特定方式引导或聚集阳光。许多太阳能系统有利地安装在炎热、干燥的气候环境中，并且具体地说，安装在沙漠中。然而，在沙漠地区中的共同问题是在太阳能系统的光学元件的暴露表面上积聚粉尘，导致降低的光学性能。通常，经过一段时间，随着灰尘积聚，通过太阳能系统产生的电力减少，导致相对于初始安装的干净的系统发生5-40％的损失。因此，需要提供将在存在沙漠粉尘的情况下保持光学性能的太阳光学元件。已付出了许多努力去开发可施加至基底以提供具有所需性质的有益的保护层的组合物，所述所需性质诸如易于清洁、防沾污和性能持久中的一个或多个。针对此类应用所开发的许多组合物依赖于可能存在环境问题和/或涉及复杂的应用工艺的材料(如，挥发性有机溶剂)。此外，与不足的储存期限相关的问题持续困扰着这些组合物的产品开发人员。因此，对于许多产品，通常在各种属性中进行平衡，这些属性包括理想的性能属性、材料的环境友好性、令人满意的储存期限和由相对不熟练的使用者使用的容易程度。一直需要这样的耐储存环境友好的组合物，其可涂布于基底(例如，太阳光学元件)以提供持久的防粉尘积聚的保护，尤其是如果它们可易于被相对不熟练的使用者处理。
技术实现思路
本申请涉及一种向太阳能转化系统的光学元件的表面提供涂层的方法。所述方法包括用包括水和分散在所述水中的二氧化硅纳米粒子的水性涂料组合物涂布所述光学元件的表面；以及干燥所述涂料组合物以形成纳米粒子涂层。所述二氧化硅纳米粒子包括聚合物核，所述聚合物核由包括设置在所述聚合物核上的无孔二氧化硅粒子的壳包围。具体实施方式已经开发出将阳光转化为电力的许多系统，也被称作太阳能转化系统。一些CPV系统依赖于透镜或一个或多个反射镜，它们将阳光引导或聚集到将光直接转化为电力的光伏(PV)元件上。CSP系统依赖于将聚集的阳光转化为热，以及随后利用热产生电力。所有这些系统必须与更传统的电力的来源(诸如燃煤厂产生的电力)竞争，并且因此存在对降低成本和/或提高太阳能系统的效率的方式的连续和不断的需求，导致利用这些系统以更低的成本产生电力。通常，可设计系统以用于诸如办公建筑或大型零售店的商业建筑，或作为应用级系统。针对这些不同种类的应用已经开发出多种太阳能系统设计。还已经开发出从单个设施产生热(例如热水)和电力二者的系统。尽管太阳能系统的设计多种多样，但它们都需要以尽可能低的安装成本来提供电力。所有的太阳能转化系统都包括至少一个太阳光学元件，其引导或聚集阳光。例如，光学元件包括玻璃反射镜、聚合物反射镜、光学膜和透镜(包括菲涅耳透镜)。玻璃反射镜可包括一层玻璃和一层金属。聚合物反射镜可包括一个或多个膜，所述膜包括一个或多个有机层并且可以可选地包括一层金属。例如，反射镜可包括在一个表面上包括一层银的PMMA膜。针对另一实例，反射镜可包括光学层叠堆。在另一实例中，光学层叠堆可与一层金属结合，如例如WO2010/078105中所述。一个具体的实例包括以商品名“MIRO-SUN反射产品”出售的由德国的阿拉诺德太阳能有限责任公司(Alanod-SolarGmbH&Co.)制造的那些。通常，CPV太阳能转化系统将包括多个反射镜或透镜，它们将阳光引导或聚集到结合以形成较大单元的多个PV电池上。所述光学元件通过提供一装置以将阳光传送到面积较小的光伏电池而起到帮助作用。可布置反射镜以将阳光反射到光伏电池的表面上，通常在至少为光伏电池表面面积的两倍大的面积上提供捕集阳光的装置。作为另外一种选择，线性或圆盘状菲涅耳透镜可在比PV电池的面积大得多的面积(例如至少十倍大)上捕集阳光，并将该光聚焦到PV电池表面上。太阳能转化系统的另一实例是CSP系统，其中大反射镜将阳光聚集到用于驱动蒸汽轮机以产生电力的热传送流体上。这种系统还可提供储存热流体的热能储存装置，这是有利的，是因为当太阳未照射到所述系统时，例如在夜晚时，可使用热流体。典型的系统设计包括诸如凹面反射镜、抛物槽式反射镜和一个或多个平面反射镜的光学元件，以在大面积上捕集阳光并将其至少十倍地聚集到将阳光转化为热的装置上。可在CVP系统中并且尤其在CSP系统中使用具有高镜面反射率或总半球向反射率的反射镜。透镜和反射镜可具有额外的光学特性，例如透射、吸收或反射某些范围的波长的光的能力。优选的是，可提供结合若干光学特性的太阳光学元件，例如太阳光学膜元件，其至少反射与PV电池的吸收带宽对应的整个波长范围的绝大部分平均光，并且不反射在PV电池的吸收带宽以外的绝大部分光。在US2009283133和US2009283144中描述了合适的太阳光学膜元件的实例。由于纬度和气候条件(例如，云量非常少的地方的气候)的组合，许多太阳能设施布置在太阳辐照度高的位置。另外，位于炎热气候中的大型商业建筑通常在一天中最热的时候对电力具有最大需求，以给空调单元供电力，并且对电力的需求的高峰时间接近太阳辐照度的高峰时间。另外，对于应用级太阳能设施，需要大片的地面。因此，许多太阳能系统有利地安装在炎热、干燥的气候环境中，并且具体地说，安装在沙漠中。在沙漠地区中的共同问题是在太阳能系统的光学元件的暴露表面上积聚粉尘。空中沙漠粉尘通常基本上包括直径不大于100微米的粒子，并且通常基本上包括直径不大于50微米的粒子。粉尘通常降低光学性能，它们使入射光散射而非使入射光通过太阳光学元件聚集或反射到指定的太阳能转化装置上。随着较少的光被传送到太阳能转化装置上，系统产生的电力减少。通常，随着时间的流逝，太阳能系统产生的电力随着粉尘积聚而减少，导致相对于初始安装的干净的系统发生5％-40％的损失。随着设备的计划产量增大，由于粉尘导致的损失愈加地不可接受。针对最大的设施，操作员可不得不清洁它们的光学表面，通常通过需要用水的方法来进行清洁。在多数沙漠地区中，水是昂贵且稀有的。因此，需要提供将在存在沙漠粉尘的情况下保持光学性能的太阳光学元件。涂层可被涂敷到太阳光学元件的许多暴露表面上。在一些实施例中，涂层可被现场涂敷到安装在现有太阳能转化系统中的光学元件上。一个涂层包括水性连续液相和分散的二氧化硅纳米粒子。就本申请的目的而言，纳米粒子是体积平均粒径小于60nm的粒子。水性连续液相包括至少5重量％的水；例如，水性连续液相可包含至少50、60、70、80或90重量％的水或更多。尽管水性连续液相优选基本上不含(即含有以水性连续液相的总重量计小于0.1重量％的)有机溶剂，尤其是挥发性有机溶剂，但如果需要，可任选包括少量(例如至多20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.06 US 61/390,4921.一种向太阳能转化系统的光学元件的表面提供针对粉尘积聚的抵抗力的方法，其包括：a)用包括水和分散在所述水中的二氧化硅纳米粒子的水性涂料组合物涂布所述光学元件的表面；和b)干燥所述涂料组合物以形成纳米粒子涂层，其中所述二氧化硅纳米粒子包括由壳包围的聚合物核，其中所述壳包括无孔二氧化硅粒子，其中所述无孔二氧化硅粒子设置在所述聚合物核上，其中所述涂层针对粉尘积聚提供抵抗力，和其中所述涂料组合物的pH小于4。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无孔二氧化硅粒子的体积平均粒径为60纳米或更小。3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述光学元件被所述涂料组合物涂布之前将所述光学元件置于所述太阳能转化系统中。4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述光学元件被所述涂料组合物涂布之后将所述光学元件置于所述太阳能转化系统中。5.一种太阳能转化系统，其包括：光伏电池阵列；和相对于所述光伏电池布置的光学元件，其中所述光学元件被纳米粒子涂层涂布，所述纳米粒子涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·A·布朗，景乃勇，T·J·赫布林克，D·T·陈，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：
国别省市：