沙漠日照量固然高,是个不错的太阳能开发地点,但沙漠地形中的沙尘可谓太阳能大敌,刮伤与尘埃累积都会影响转换效率,甚至会让电池寿命降低,不得不防,对此,以色列大学以荷叶为灵感,为太阳能板带来了“自清洁(Self-Cleaning Effect)”表面设计,不仅可提高发电效率,还可以让沙尘污垢更容易被雨水冲刷殆尽。
沙漠地区的沙尘为地球悬浮粒子的主要来源,撒哈拉沙漠的沙尘就占了全球大气中 25% 的悬浮微粒量,这足以显示太阳能板在沙漠将会面临的挑战。
而来自以色列内盖夫本-古里安大学(Ben Gurion University of the Negev)的科学家看中荷叶的特性,认为或许能套用在太阳能板上。其中荷叶、不少植物的叶面因为具有奈米规则排列的粗糙表面与蜡质疏水材料,都能随时保持干净,雨水可以快速地带走表面的尘埃,最终达到自清洁效果,也就是莲花效应。
因此为了将打造出有着莲花效应的太阳能板,科学家开始测试哪种奈米纹路效果最佳、实测亲水性是否重要等,希望能进一步降低水滴与表面的摩擦。
内盖夫本-古里安大学研究人员准备 4 种硅晶太阳能板样本,分别是具有光滑又亲水表面、亲水的奈米纹理表面、光滑疏水表面,最后则是疏水的奈米纹理表面,其中科学家主要是在湿式蚀刻表面画出奈米线阵列,再附涂疏水性涂层。
最后实验表明,拥有疏水特性的奈米表面排除灰尘的效果最好,从亲水光滑的 41%,直接提高到98%,研究人员也有用原子力显微镜(AFM)来分别量测灰尘在不同表面的黏附力,显示疏水的奈米纹理表面能有效降低尘土附着三十分之一,不过研究没有提到能提高多少发电效率。
其实市面上也可以买到自清涂料,但大多存有寿命短、透明度差与昂贵等缺点,成本效益比相当低, 因此不仅以色列大学团队,也有需多科学家正绞尽脑汁想研发新技术,像是美国涂料公司 Pellucere Technologies 就有研发出太阳能防污、防反光技术“MoreSun”,声称可减少 90% 脏污累积,并提高太阳能板电力输出 3-5%。
欧盟资助的 SolarSharc 太阳能防污层则由奈米粒子与二氧化硅组成,声称无毒且透明度高、更能提升 4% 发电效率。根据官网资料,新型自清涂料除了具有耐用与易清洗之外,还可抗反射、耐高温以及拥有出色的天气适应力,可适应 100˚C 高温、1,000 小时紫外线测试后性能仅微幅下降而已,SolarSharc 表示,防污涂层可以提高面板透光率,让超过 93% 的可见光能被面板吸收。
目前在新的太阳能表面、防污涂层设计中,降低灰尘附着、提高转换效率已经是标准,而现在或许就看哪个更快商业化、哪个提升效果更好了。
- Researchers develop new method to remove dust on solar panels
(首图来源:Flickr/BlackRockSolar CC BY 2.0)