隨著歐美相繼對國內(nèi)光伏出口產(chǎn)品的“雙反”調(diào)查和制裁，光伏產(chǎn)品的出口步履維艱。這也迫使光伏產(chǎn)業(yè)調(diào)整策略，加大對國內(nèi)光伏市場的開發(fā)力度。近年來，國內(nèi)百兆瓦級的大型光伏發(fā)電站不斷的興建。然而當(dāng)下環(huán)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(dǎo)致電池組件表面落灰日益嚴(yán)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(fā)電量（以下簡稱發(fā)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(fā)電、維護(hù)成本提高。

自1997年納米TiO2薄膜的超親水性現(xiàn)象被R.Wang報道以來[2]，對納米TiO2薄膜的研究持續(xù)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(yīng)用更是大量涌現(xiàn)[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(chǎn)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(tǒng)晶硅太陽組件生產(chǎn)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(fā)電量，減少維護(hù)成本。然而在太陽能光伏電站應(yīng)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(wǎng)太陽能電站中，選取了布置位置接近，受光條件相當(dāng)?shù)娜M發(fā)電區(qū)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(qū)域的發(fā)電量情況進(jìn)行了對比和分析。

1  自清潔納米組件對發(fā)電量的影響

自清潔納米太陽電池組件對發(fā)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(xiàn)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(chǎn)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(dǎo)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(xiàn)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(zhuǎn)換效率逐漸降低。而納米TiO2薄膜是一種穩(wěn)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(shù)千畝，這時納米薄膜的優(yōu)勢就凸顯出來。

2  實驗部分

2.1 實驗區(qū)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(qū)域，每個區(qū)域含有16塊電池組件，分別編號為2區(qū)、3區(qū)和4區(qū)，見圖1。

三個區(qū)域裝機容量（指標(biāo)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(qū)域設(shè)置獨立的計量設(shè)備，實時記錄各區(qū)的發(fā)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(chǎn)品，在原晶硅組件的鋼化玻璃上進(jìn)行了納米覆膜工藝處理。

2.3 覆膜工藝區(qū)域

2012年7月1日，統(tǒng)一對三個區(qū)的所有電池組件進(jìn)行清洗。完成清洗并干燥后，選取3區(qū)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(qū)不覆膜。


圖1  實驗區(qū)域

2.4 數(shù)據(jù)篩選

各區(qū)每日的發(fā)電量數(shù)據(jù)由電站的監(jiān)控系統(tǒng)自動實時完成，利用其歷史數(shù)據(jù)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(qū)數(shù)據(jù)。

對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選（注1）、匯總、比較和分析后得出實驗結(jié)論。



圖2  監(jiān)控系統(tǒng)歷史報表

注1：因監(jiān)控系統(tǒng)軟件有時運行異常，會導(dǎo)致部分區(qū)域、部分時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)缺失，無法得到完整數(shù)據(jù)，因此剔除異常的數(shù)據(jù)。

3  結(jié)果與討論

3.1 發(fā)電量結(jié)果

統(tǒng)計從5月到10月各區(qū)每日的發(fā)電量，如圖3所示。為了觀察清晰，將2區(qū)發(fā)電量曲線上移15個單位，4區(qū)下移15個單位。

可以看出，在天氣晴好時，三個區(qū)發(fā)電量同時出現(xiàn)波峰，反之出現(xiàn)波谷，變化規(guī)律呈現(xiàn)出一致性。

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

 

圖3  覆膜前后各區(qū)發(fā)電量

用3區(qū)發(fā)電量與2、4區(qū)作比，得到一系列的發(fā)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(qū)發(fā)電量比值

3.2 發(fā)電量比值預(yù)測
綜上，對發(fā)電量比值  作出預(yù)測：如不對各區(qū)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(fā)電量比值

匯總7月1日后2、3區(qū)實際的發(fā)電量比值  ，并與預(yù)測值做比較，見圖5。

  

圖5  覆膜后2、3區(qū)發(fā)電量比值

從圖上看到，實際發(fā)電量比值只有極少數(shù)落入預(yù)測區(qū)域，大部分超出預(yù)測區(qū)域1~2個百分點。

實驗期間，除對3區(qū)覆膜外，各區(qū)未有其他改動。據(jù)此可充分證明，自清潔納米太陽電池組件提高了3區(qū)的發(fā)電量。

進(jìn)一步統(tǒng)計出采用自清潔納米太陽電池組件前后2、3區(qū)發(fā)電量比值的平均值，見表1。可見3區(qū)發(fā)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(fā)電量確有提高。

按某20MWp大型太陽能光伏電站實際年均發(fā)電量2750萬千瓦時計算，每年發(fā)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(fā)電量所得的收益之間是否平衡，還需做進(jìn)一步討論。

3.4 陰影對4區(qū)的影響
理論上，3區(qū)與2、4區(qū)的發(fā)電量比值  與的變化趨勢應(yīng)該相似。但實際分析中發(fā)現(xiàn)，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(qū)發(fā)電量比值

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，4區(qū)在地理位置上非常緊靠附近的光伏應(yīng)用展廳（圖1）。夏季，在15時左右，展廳的陰影就會到達(dá)4區(qū)。

受陰影影響，4區(qū)每日發(fā)電量輸出規(guī)律比較復(fù)雜，無法與2、3區(qū)進(jìn)行比對，本報告在分析中，不使用4區(qū)發(fā)電量數(shù)據(jù)。

4  結(jié)論

通過對自清潔納米太陽電池組件特性的分析，并設(shè)計實驗進(jìn)行比對，得到如下結(jié)論：

1）對各區(qū)歷史發(fā)電量數(shù)據(jù)分析、比對后發(fā)現(xiàn)，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(fā)電量；

2）采用自清潔納米太陽電池組件的經(jīng)濟(jì)性還需做進(jìn)一步的分析。

3）對4區(qū)發(fā)電量數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，其發(fā)電量受臨近建筑物影響，與2、3區(qū)的受光狀態(tài)不一致，因此不能作為對比組使用；

參考文獻(xiàn):

[1] 李鐘實．太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M]．北京：人民郵電出版社，2010．

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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