從荷葉獲得設計靈感,以色列為沙漠太陽能研製自清潔防塵表面

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 10 日 17:19 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


沙漠日照量固然高,是個不錯的太陽能開發地點,但沙漠地形中的沙塵可謂太陽能大敵,刮傷與塵埃累積都會影響轉換效率,甚至會讓電池壽命降低,不得不防,對此,以色列大學以荷葉為靈感,為太陽能板帶來了「自清潔(Self-Cleaning Effect)」表面設計,不僅可提高發電效率,還可以讓沙塵污垢更容易被雨水沖刷殆盡。

沙漠地區的沙塵為地球懸浮粒子的主要來源,撒哈拉沙漠的沙塵就占了全球大氣中 25% 的懸浮微粒量,這足以顯示太陽能板在沙漠將會面臨的挑戰。

而來自以色列內蓋夫本-古里安大學(Ben Gurion University of the Negev)的科學家看中荷葉的特性,認為或許能套用在太陽能板上。其中荷葉、不少植物的葉面因為具有奈米規則排列的粗糙表面與蠟質疏水材料,都能隨時保持乾淨,雨水可以快速地帶走表面的塵埃,最終達到自清潔效果,也就是蓮花效應。

因此為了將打造出有著蓮花效應的太陽能板,科學家開始測試哪種奈米紋路效果最佳、實測親水性是否重要等,希望能進一步降低水滴與表面的摩擦。

內蓋夫本-古里安大學研究人員準備 4 種矽晶太陽能板樣本,分別是具有光滑又親水表面、親水的奈米紋理表面、光滑疏水表面,最後則是疏水的奈米紋理表面,其中科學家主要是在濕式蝕刻表面畫出奈米線陣列,再附塗疏水性塗層。

最後實驗表明,擁有疏水特性的奈米表面排除灰塵的效果最好,從親水光滑的 41%,直接提高到98%,研究人員也有用原子力顯微鏡(AFM)來分別量測灰塵在不同表面的黏附力,顯示疏水的奈米紋理表面能有效降低塵土附著三十分之一,不過研究沒有提到能提高多少發電效率。

其實市面上也可以買到自清塗料,但大多存有壽命短、透明度差與昂貴等缺點,成本效益比相當低,
因此不僅以色列大學團隊,也有需多科學家正絞盡腦汁想研發新技術,像是美國塗料公司 Pellucere Technologies 就有研發出太陽能防污、防反光技術「MoreSun」,聲稱可減少 90% 髒污累積,並提高太陽能板電力輸出 3-5%。

歐盟資助的 SolarSharc 太陽能防污層則由奈米粒子與二氧化矽組成,聲稱無毒且透明度高、更能提升 4% 發電效率。根據官網資料,新型自清塗料除了具有耐用與易清洗之外,還可抗反射、耐高溫以及擁有出色的天氣適應力,可適應 100˚C 高溫、1,000 小時紫外線測試後性能僅微幅下降而已,SolarSharc 表示,防污塗層可以提高面板透光率,讓超過 93% 的可見光能被面板吸收。

目前在新的太陽能表面、防污塗層設計中,降低灰塵附著、提高轉換效率已經是標準,而現在或許就看哪個更快商業化、哪個提升效果更好了。

(首圖來源:Flickr/BlackRockSolar CC BY 2.0)