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“拯救”霧霾中的太陽能電池 |
(時(shí)間:2017-2-17 9:48:44) |
太陽能汽車零污染,能源用之不竭,被人們稱為“未來汽車”。但灰塵、尾氣、霧氣、雨水,常常使大面積暴露在室外的太陽能電池板發(fā)生污染,從而導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率受限。 怎樣才能解決這一難題呢?來自華北電力大學(xué)的仰望星空團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款具有減反射、自清潔功能的太陽能電池玻璃蓋片,能將車載太陽能電池輸出電流提高約30%。該團(tuán)隊(duì)在全國青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品大賽上脫穎而出,獲得了北京市大學(xué)組第1名的好成績。 電池蓋片蒙塵引發(fā)思考 上海姑娘王簡發(fā)現(xiàn),太陽能汽車的電池一到冬天,尤其是霧霾天時(shí),很容易灰蒙蒙的,影響供電效果。從車載太陽能電池入手,王簡發(fā)現(xiàn)目前太陽能的使用有對(duì)入射光的吸收率不高導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率有限及受環(huán)境污染影響使用壽命減短等困境。 帶著高中時(shí)就發(fā)現(xiàn)的問題,王簡考進(jìn)了華北電力大學(xué),在這里她遇到了志同道合的同學(xué)——唐悅。兩人既是同班同學(xué)又是室友,一拍即合,決定利用自己的創(chuàng)意解決問題。 仿生學(xué)原理打開思路 “我們決定從外部入手,以太陽能電池蓋片為研究對(duì)象,提高效率!蓖鹾喓吞茞偘l(fā)現(xiàn),太陽能汽車的電池長期處在戶外,很少有人會(huì)定期清洗它,能不能發(fā)明一種自清潔的方式來解決因?yàn)槲廴径a(chǎn)生的透光性下降的問題呢? “大家都見過雨中的荷葉,雨滴會(huì)凝結(jié)成水珠滾落。如果這種原理應(yīng)用在玻璃上就可以利用凝結(jié)成珠的雨水滾落帶走灰塵,對(duì)玻璃進(jìn)行自清潔。”唐悅解釋,參照荷葉的原理,由于表面張力和凸體間空氣的阻力作用,仿生對(duì)象上的水滴總是收縮成球狀,使其接觸角變大,疏水性增強(qiáng),具備自清潔功能。 此外,增加太陽光的入射率,減少反射率,也是提高效率的途徑,飛蛾復(fù)眼光學(xué)減反原理在相關(guān)領(lǐng)域早有應(yīng)用。借鑒自然界荷葉表面自清潔和飛蛾復(fù)眼光學(xué)減反原理與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系,王簡和唐悅提出了一種應(yīng)用于太陽能電池表面的納米線結(jié)構(gòu),既能防污染又能減反增透。 數(shù)十次試驗(yàn)尋找工藝最優(yōu)值 王簡和唐悅申請到了“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”的資助,團(tuán)隊(duì)的“雪球”也越滾越大!坝兄具@方面研究的同學(xué)和朋友不斷加入。除了我們兩個(gè)是電氣與電子工程專業(yè)外,團(tuán)隊(duì)里還有來自石油專業(yè)、核電專業(yè)、通信專業(yè)和可再生能源專業(yè)的! 為了尋找效果最佳值,同學(xué)們做了40余次試驗(yàn)才找到了最合適的腐蝕時(shí)間和溫度。唐悅說,這種微納仿生學(xué)表面結(jié)構(gòu)制備工藝過程可控、成本低!疤柲茈姵孛科椒矫變r(jià)格約在千元左右,而按照我們的設(shè)計(jì)方法,每平方米的加工價(jià)在5至10元左右,投入產(chǎn)出比較大,為推廣到實(shí)際大規(guī)模使用奠定基礎(chǔ)! 輸出電流提高約3成 由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室條件有限,項(xiàng)目組與廠家取得聯(lián)系,在廠家的幫助下設(shè)計(jì)了室外仿真工況對(duì)比試驗(yàn):一組太陽能電池上粘貼未處理原始玻璃蓋片,另一組太陽能電池上粘貼處理過的玻璃蓋片,測試兩組太陽能電池輸出功率。隨后,將兩組太陽能電池置于戶外試驗(yàn)區(qū)域,測試兩組太陽能電池輸出功率變化情況。 30天后,太陽能電池輸出電壓基本沒有變化,而輸出電流變化明顯。由于表面具有納米結(jié)構(gòu)玻璃蓋片的減反增透性,處理后太陽能電池輸出電流較原始樣件提高約5%。 由于污染作用,原始玻璃蓋片對(duì)應(yīng)的太陽能電池輸出電流下降約25%,表面具有納米結(jié)構(gòu)玻璃蓋片對(duì)應(yīng)的太陽能電池電流下降約10%,經(jīng)過處理后太陽能電池輸出電流提高約30%,太陽能電池穩(wěn)定性明顯提高。 已申請專利將改進(jìn)推廣 工藝簡單、經(jīng)濟(jì)、有效,能夠從一定程度上提高太陽能電池的輸出功率,提升穩(wěn)定性,使王簡和唐悅團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)在大面積戶外應(yīng)用太陽能領(lǐng)域具有明顯的市場優(yōu)勢。不久前,在全國青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品大賽上,該項(xiàng)目獲得了北京市第1名、全國第3名的好成績。在不斷參賽的過程中,這個(gè)設(shè)計(jì)也得到了市場的關(guān)注,不少廠商與這個(gè)大學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)取得了聯(lián)系。 目前,這個(gè)項(xiàng)目正在申請專利,也已與上海某研究所廠家達(dá)成合作,在民用太陽能光伏領(lǐng)域試用。唐悅坦言:“要向工業(yè)生產(chǎn)推廣,存在許多不確定的因素,只有保證技術(shù)到位,才能克服不精準(zhǔn)的條件劣勢。此外,納米技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用存在世界性難題——不耐磨損,怎樣使我們的設(shè)計(jì)使用壽命延長,也是我們探索的方面! 唐悅表示,后續(xù)項(xiàng)目組擬開展創(chuàng)業(yè)嘗試。在創(chuàng)業(yè)初始階段,擬通過獲得政府、企業(yè)資助的方式,購置小型生產(chǎn)設(shè)備和工裝等,實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn),并不斷完善工藝。通過推廣,最終實(shí)現(xiàn)為各大太陽能電池廠家長期供貨的目標(biāo)。
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