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太阳能汽车零污染,能源用之不竭,被人们称为“未来汽车”。但灰尘、尾气、雾气、雨水,常常使大面积暴露在室外的太阳能电池板发生污染,从而导致光电转换效率受限。

怎样才能解决这一难题呢?来自华北电力大学的仰望星空团队设计了一款具有减反射、自清洁功能的太阳能电池玻璃盖片,能将车载太阳能电池输出电流提高约30%。该团队在全国青年科普创新实验作品大赛上脱颖而出,获得了北京市大学组第1名的好成绩。

电池盖片蒙尘引发思考

上海姑娘王简发现,太阳能汽车的电池一到冬天,尤其是雾霾天时,很容易灰蒙蒙的,影响供电效果。从车载太阳能电池入手,王简发现目前太阳能的使用有对入射光的吸收率不高导致光电转换效率有限及受环境污染影响使用寿命减短等困境。

带着高中时就发现的问题,王简考进了华北电力大学,在这里她遇到了志同道合的同学——唐悦。两人既是同班同学又是室友,一拍即合,决定利用自己的创意解决问题。

仿生学原理打开思路

“我们决定从外部入手,以太阳能电池盖片为研究对象,提高效率。”王简和唐悦发现,太阳能汽车的电池长期处在户外,很少有人会定期清洗它,能不能发明一种自清洁的方式来解决因为污染而产生的透光性下降的问题呢?

“大 家都见过雨中的荷叶,雨滴会凝结成水珠滚落。如果这种原理应用在玻璃上就可以利用凝结成珠的雨水滚落带走灰尘,对玻璃进行自清洁。”唐悦解释,参照荷叶的 原理,由于表面张力和凸体间空气的阻力作用,仿生对象上的水滴总是收缩成球状,使其接触角变大,疏水性增强,具备自清洁功能。

此外,增加太阳光的入射率,减少反射率,也是提高效率的途径,飞蛾复眼光学减反原理在相关领域早有应用。借鉴自然界荷叶表面自清洁和飞蛾复眼光学减反原理与微观结构的关系,王简和唐悦提出了一种应用于太阳能电池表面的纳米线结构,既能防污染又能减反增透。

数十次试验寻找工艺最优值

王简和唐悦申请到了“大学生创新创业训练计划”的资助,团队的“雪球”也越滚越大。“有志这方面研究的同学和朋友不断加入。除了我们两个是电气与电子工程专业外,团队里还有来自石油专业、核电专业、通信专业和可再生能源专业的。”

为 了寻找效果最佳值,同学们做了40余次试验才找到了最合适的腐蚀时间和温度。唐悦说,这种微纳仿生学表面结构制备工艺过程可控、成本低。“太阳能电池每平 方米价格约在千元左右,而按照我们的设计方法,每平方米的加工价在5至10元左右,投入产出比较大,为推广到实际大规模使用奠定基础。”

输出电流提高约3成

由 于学校实验室条件有限,项目组与厂家取得联系,在厂家的帮助下设计了室外仿真工况对比试验:一组太阳能电池上粘贴未处理原始玻璃盖片,另一组太阳能电池上 粘贴处理过的玻璃盖片,测试两组太阳能电池输出功率。随后,将两组太阳能电池置于户外试验区域,测试两组太阳能电池输出功率变化情况。

30天后,太阳能电池输出电压基本没有变化,而输出电流变化明显。由于表面具有纳米结构玻璃盖片的减反增透性,处理后太阳能电池输出电流较原始样件提高约5%。

由于污染作用,原始玻璃盖片对应的太阳能电池输出电流下降约25%,表面具有纳米结构玻璃盖片对应的太阳能电池电流下降约10%,经过处理后太阳能电池输出电流提高约30%,太阳能电池稳定性明显提高。

已申请专利 将改进推广

工 艺简单、经济、有效,能够从一定程度上提高太阳能电池的输出功率,提升稳定性,使王简和唐悦团队的设计在大面积户外应用太阳能领域具有明显的市场优势。不 久前,在全国青年科普创新实验作品大赛上,该项目获得了北京市第1名、全国第3名的好成绩。在不断参赛的过程中,这个设计也得到了市场的关注,不少厂商与 这个大学生创新团队取得了联系。

 

目前,这个项目正在申请专利,也已与上海某研究所厂家达成合作,在民用太阳能光伏领域试用。唐悦坦言:“要向工业生产推广,存在许多不 确定的因素,只有保证技术到位,才能克服不精准的条件劣势。此外,纳米技术的大规模应用存在世界性难题——不耐磨损,怎样使我们的设计使用寿命延长,也是 我们探索的方面。”

唐悦表示,后续项目组拟开展创业尝试。在创业初始阶段,拟通过获得政府、企业资助的方式,购置小型生产设备和工装等,实现小批量生产,并不断完善工艺。通过推广,最终实现为各大太阳能电池厂家长期供货的目标。

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