太阳能光伏板及建筑玻璃幕墙不再灰尘积聚 新研究自动清洁表面

太阳能光伏板及建筑玻璃幕墙不再灰尘积聚 新研究自动清洁表面

透彻明亮的太阳能光伏板及建筑玻璃幕墙能提高太阳能发电效率和改善建筑物的外观，同时也能够提升能源的使用效能。

有些功能性设施或幕墙，例如太阳能光伏板，对表面涂层的透彻程度尤其重视，因为透光度会影响太阳能的接收，从而影响电力质量。

然而，光伏板需要安装在沙尘较多的空旷环境中吸收大量阳光，同时，如何应对沙尘暴以及酸雨对玻璃的腐蚀，以及如何让这类型设施的表面保持「一尘不染」一直是行内的一大挑战。

对此，来自香港理工大学建筑环境及能源工程学系的杨洪兴教授领导的研发团队开发了一种全新的自清洁涂料，用纳米涂层的方式自动清除表面上的尘埃，让光伏板透彻明亮。

亲水性自清洁涂料 防沙尘及酸雨

过去数十年，玻璃自清洁涂层引起了学术界和工业界的兴趣，因为它无需进行任何外部清洁和维修，就能长时间保持玻璃透彻明亮。

一般而言，具备「自清洁」功能的涂层是指在玻璃表面上覆盖一层薄薄的TiO2涂层。「由于TiO2涂层具有光催化和光致亲水特性，当受到阳光照射时，不单能将有机污垢分解为二氧化碳和水分，还可均匀地将雨水以片状方式分散于玻璃表面，有效冲洗松散的污垢并以最快速度蒸发干透，而不留痕迹。」杨教授解释道。

传统上，自清洁TiO2涂层主要以四种方式喷涂在玻璃表面上，包括化学气相沉积（CVD）、磁控溅镀（magnetron sputtering）、喷雾热分解法（spray pyrolysis）和溶胶凝胶法（Sol-Gel）。其中，CVD和磁控溅镀技术可以制作出高耐用度的透明TiO2薄膜，但当中牵涉复杂的设备和制作技术，因此初期投资和维修成本十分昂贵，仅涂层的制作成本已约为每平方米10-20美元；溶胶凝胶法虽然造价便宜，技术含量较低，但涂层的黏附能力较差；喷雾热分解法所需设备及技术条件和成本较低，也易于大规模生产，但由于受到喷涂技术所限，在喷涂过程中原料的损失率高达98%。

杨教授所研发的全新自清洁涂层，为一种具有高透明度的多功能高分散纳米复合涂料。「涂层采用了球磨法，将当中的纳米粒子研磨至5nm，能够抑制瑞利散射效应，并具有极佳的分散性能和超过98%的极佳可见光透光率。」他说。

此外，涂层在经过阳光的有机激活后具有光催化作用和超亲水特性（水滴角小于1度），让水滴形成薄膜分解吸附于玻璃表面的有机物质，并通过雨水轻松地将无机灰尘冲刷干净。如果在工厂喷涂后再经过钢化处理，涂层更会变得耐用，其硬度可达8H，使用寿命长达20年，更能防止沙尘暴及酸雨对玻璃的腐蚀。

实际应用 成效卓越

这款全新的自清洁涂层已于2016年年末应用在浙江武义光伏组件项目等工程项目上。

为了测试涂层能否提高光伏板的电量输出，杨教授和他的研究团队成员将光伏板分成两组，并对当中的数据进行了比对。

第一组为进行了清洁并喷涂了自清洁涂层的光伏板。

第二组光伏板则只进行了清洁，并未喷涂自清洁涂层。

在比对了前后两年相同月份中的每组光伏板的数据后，杨教授发现在经过清洁之后，两组光伏板的发电量皆提升了6.0 - 8.4%，说明透彻明亮的玻璃表面的确能提升电力输出。而当排除天气因素后，第一组比第二组对总发电量的占比更比往年提升了2.2%，说明自清洁涂层的效能显著。

另外，位于深圳的大族激光福永2MW光伏电站，在应用自清洁涂层之后，所录得的总发电量也提升了5%。

「相信随着时间一路发展，喷涂过自清洁涂层的优势会越来越明显。」杨教授说。

操作简单 成本相宜

杨教授的自清洁涂层的其中一大优势，是能够通过廉价便捷的纳米涂层材料和丝网印刷技术，将涂层喷涂在玻璃表面，而喷涂的过程也相对简单，因此深受及光伏行业和建筑行业的欢迎，该技术同样可以应用到建筑玻璃外表面，并已应用在理大校园X座的天窗和玻璃檐篷。

过程如下：

1）使用中性清洁剂清洗光伏板表面，并利用清水洗去残留的清洁剂后，让光伏板自然风干
2）通过喷涂机将涂层喷涂在光伏板上，期间需要对速度和喷涂量作出调整
3）完成后让玻璃表面自然风干，大概只需3分钟
4）其后抽样进行功率测试，以确认在喷涂过程中没有对光伏板造成损坏

该纳米涂料的生产及丝网印刷技术能将自清洁涂层的制作成本大幅降至每平方米不超过1美元，同时方便运输和储存，无需额外技术投资。

而且，杨教授的自清洁涂层为水基涂料，挥发性有机化合物含量只有3g/L，不含任何重金属，适合应用于绿色建筑环境之中。这项研究已获第44届瑞士日内瓦国际发明展金奖、罗马尼亚克卢日的纳波卡理工大学特别优异奖，以及香港环保建筑大奖中的优异奖。

目前，自清洁涂层已进入量产阶段，并由香港一家公司负责生产。