隨著歐美相繼對國內光伏出口產品的“雙反”調查和制裁，光伏產品的出口步履維艱。這也迫使光伏產業調整策略，加大對國內光伏市場的開發力度。近年來，國內百兆瓦級的大型光伏發電站不斷的興建。然而當下環境污染日趨惡化，大氣中漂浮顆粒物含量不斷提高，晶硅太陽電池組件的面板為鋼化玻璃，長期裸露在空中，自然會有大量的有機物及灰塵堆積，導致電池組件表面落灰日益嚴重。表面落灰遮擋太陽光線，會降低電池組件的輸出功率，直接反映在累積發電量（以下簡稱發電量）降低，因此增加了清洗組件的頻次，直接造成大型太陽能光伏電站發電、維護成本提高。

自1997年納米TiO2薄膜的超親水性現象被R.Wang報道以來[2]，對納米TiO2薄膜的研究持續升溫[3][4]，而針對納米TiO2薄膜的光催化和超親水性的作用機理、表面改性和制作工藝等方面的研究與應用更是大量涌現[5]~[8]。利用納米TiO2薄膜的超親水性除去玻璃表面灰塵的自清潔玻璃也早已成為成熟的產品，有效解決了玻璃幕墻積灰和難清洗的問題。自清潔納米太陽電池組件正是利用納米材料的超親水性這一特點，在傳統晶硅太陽組件生產的工藝上增加了納米TiO2薄膜后的一種新型太陽電池組件，可以有效地分解太陽電池表面的有機物，減少灰塵的堆積，增加發電量，減少維護成本。然而在太陽能光伏電站應用納米自清潔太陽電池組件的實例尚不多見。

本實驗在西北某地已運行多年的某15kWp小型并網太陽能電站中，選取了布置位置接近，受光條件相當的三組發電區域，分別采用自清潔納米太陽電池組件和普通晶硅電池組件，對各區域的發電量情況進行了對比和分析。

1  自清潔納米組件對發電量的影響

自清潔納米太陽電池組件對發電量的影響主要是通過減少電池組件表面玻璃的污垢，增加太陽光照射來實現的。

與建筑幕墻自清潔玻璃相似，自清潔納米太陽電池組件受紫外線照射一段時間后會產生超親水性，使水珠在玻璃表面平鋪，在雨水等作用下還能有效去除電池組件玻璃表面的灰塵；作為一種半導體材料，它還能降低玻璃表面的電阻率，從而降低靜電對大氣浮塵的吸附[9]。

自清潔納米太陽電池組件具有非常高的比表面積，在紫外光的激活作用下，會表現出很強的氧化性，能有效分解附著在電池組件玻璃面板上難以洗去的有機物，如鳥糞、油脂等。

另外，在紫外線的長期作用下，太陽電池的晶體硅會慢慢老化，光電轉換效率逐漸降低。而納米TiO2薄膜是一種穩定的紫外線吸收劑[10]，因此對延長太陽電池的壽命也有一定的作用。

太陽能光伏電站占地面積很大，特別是百兆瓦級光伏電站更是動輒占地數千畝，這時納米薄膜的優勢就凸顯出來。

2  實驗部分

2.1 實驗區域

選擇電站中地形較好，電池組件四周遮擋較少，布置相鄰的三個區域，每個區域含有16塊電池組件，分別編號為2區、3區和4區，見圖1。

三個區域裝機容量（指標稱容量）均為3kWp，電池組件類型也相同，均為單晶硅太陽電池，每個區域設置獨立的計量設備，實時記錄各區的發電情況。

2.2 自清潔納米太陽電池組件

實驗使用的自清潔納米太陽電池組件是專利產品，在原晶硅組件的鋼化玻璃上進行了納米覆膜工藝處理。

2.3 覆膜工藝區域

2012年7月1日，統一對三個區的所有電池組件進行清洗。完成清洗并干燥后，選取3區為噴覆對象，人工噴覆納米TiO2薄膜（以下簡稱覆膜），使原普通晶硅太陽組件變成自清潔納米太陽電池組件，其他兩個區不覆膜。


圖1  實驗區域

2.4 數據篩選

各區每日的發電量數據由電站的監控系統自動實時完成，利用其歷史數據查詢功能（見圖2），即可獲得自清潔納米太陽電池組件前后各區數據。

對這些數據進行篩選（注1）、匯總、比較和分析后得出實驗結論。



圖2  監控系統歷史報表

注1：因監控系統軟件有時運行異常，會導致部分區域、部分時間段內的數據缺失，無法得到完整數據，因此剔除異常的數據。

3  結果與討論

3.1 發電量結果

統計從5月到10月各區每日的發電量，如圖3所示。為了觀察清晰，將2區發電量曲線上移15個單位，4區下移15個單位。

可以看出，在天氣晴好時，三個區發電量同時出現波峰，反之出現波谷，變化規律呈現出一致性。

資料表明，太陽能光伏系統的發電量取決于太陽輻射強度、溫度、陰影和晶體結構[11]。如果沒有人為對實驗區域作出改動，在同一時刻，三個區域中上述因素基本相同，可以推斷各區之間當日發電量的比值基本不變。

 

圖3  覆膜前后各區發電量

用3區發電量與2、4區作比，得到一系列的發電量比值：



觀察覆膜前的變化，可以看出  變化幅度很小（如圖4），處于97~99%之間，這也驗證了上述推斷。



圖4  覆膜前2、3區發電量比值

3.2 發電量比值預測
綜上，對發電量比值  作出預測：如不對各區做任何改動，7月1日后，  大部分仍將處于97~99%之間。

3.3 覆膜后實際發電量比值

匯總7月1日后2、3區實際的發電量比值  ，并與預測值做比較，見圖5。

  

圖5  覆膜后2、3區發電量比值

從圖上看到，實際發電量比值只有極少數落入預測區域，大部分超出預測區域1~2個百分點。

實驗期間，除對3區覆膜外，各區未有其他改動。據此可充分證明，自清潔納米太陽電池組件提高了3區的發電量。

進一步統計出采用自清潔納米太陽電池組件前后2、3區發電量比值的平均值，見表1。可見3區發電量提高了2.66%。

表1  覆膜前后σ1的平均值

覆膜前均值	覆膜后均值	增長率
σ1	97.75%	100.41%	2.66%

采用納米工藝后，電池組件的發電量確有提高。

按某20MWp大型太陽能光伏電站實際年均發電量2750萬千瓦時計算，每年發電量提高約73.15萬千瓦時。自清潔納米太陽電池組件所需的投入和提高發電量所得的收益之間是否平衡，還需做進一步討論。

3.4 陰影對4區的影響
理論上，3區與2、4區的發電量比值  與的變化趨勢應該相似。但實際分析中發現，覆膜前后  的變化趨勢并不明顯，如圖6所示。

 

圖6  覆膜前后3、4區發電量比值

通過調查發現，4區在地理位置上非常緊靠附近的光伏應用展廳（圖1）。夏季，在15時左右，展廳的陰影就會到達4區。

受陰影影響，4區每日發電量輸出規律比較復雜，無法與2、3區進行比對，本報告在分析中，不使用4區發電量數據。

4  結論

通過對自清潔納米太陽電池組件特性的分析，并設計實驗進行比對，得到如下結論：

1）對各區歷史發電量數據分析、比對后發現，自清潔納米太陽電池組件能提高玻璃層壓型太陽電池組件的發電量；

2）采用自清潔納米太陽電池組件的經濟性還需做進一步的分析。

3）對4區發電量數據分析后發現，其發電量受臨近建筑物影響，與2、3區的受光狀態不一致，因此不能作為對比組使用；

參考文獻:

[1] 李鐘實．太陽能光伏發電系統[M]．北京：人民郵電出版社，2010．

[2] Wang Rong, Hashimoto Kazuhito and Fujishima Akira, et al. Light-induced amphiphilic surfaces. Nature, 388 (1997), pp. 431–432.

[3] 崔曉莉，江志裕．納米TiO2薄膜的制備方法[J]．化學進展，2002，14(5)：325-331．

[4] 高飛．TiO2薄膜的制備及其光學性能的研究[D]．湖南：中南大學，2007．

[5] 余家國，趙修建，趙青男．TiO2涂層自潔凈玻璃的制備及其特性研究[J]．太陽能學報，1999，20(4)：398-402．

[6] 陳喜明．TiO2薄膜光誘導超親水性的研究[D]．浙江：浙江大學TiO2，2005．

[7] 羅靜，李娟，范功端，等．納米TiO2光催化自潔凈玻璃的制備及應用研究進展[J]．微量元素與健康研究，2009，26(2)：61-63．

[8] 王春佳．改性納米二氧化鈦的制備及光催化降解苯酚的研究[D]．河北：燕山大學，2011．

[9] 李玲．Ce3+摻雜對納米TiO2／SiO2鍍膜玻璃性能的影響[J]．中國稀土學報，2005，23(2)：190-194．

[10] 鄒博，吳鳳清，阮圣平，等．納米TiO2薄膜的制備及其紫外光吸收性能的研究[J]．功能材料，2004，35(5)：618-620．

[11] 張雪莉，劉其輝，馬會萌，等．光伏電站輸出功率影響因素分析[J]．電網與清潔能源，2012，28(5)：75-81．

Analysis and test of self-clean nano solar cell module increase the capacity of the power

ZhangYongJiang, Wang feng, Wang bo

(shaanxi photovoltaic industry co., LTD., design department, shaanxi xian 710075)

Abstract： according to the self-clean nano solar cell component characteristics, analyzed the self-clean nano solar cell power generation promotion actual data. And in a 15 KWP small parallel in solar photovoltaic power station design in the contrast experiment, the results show that self-clean nano solar cell module, the total generating capacity increased by 2.66%, for self-clean nano solar cell module application of certain research. In the end, the article explains the reason of one group of experimental area does not appear expected capacity improvement.

Keywords: self-clean; nano solar cell module; Photovoltaic power generation system; TiO2 film; Generating capacity