太陽能光伏板及建築玻璃幕牆不再灰塵積聚 新研究自動清潔表面

太陽能光伏板及建築玻璃幕牆不再灰塵積聚 新研究自動清潔表面

透徹明亮的太陽能光伏板及建築玻璃幕牆能改善太陽能發電效率和建築物的外觀，同時能夠提升能源的使用效能。

有些功能性設施或幕牆，例如太陽能光伏板，對表面塗層的清澈程度尤其重視，因為透光度會影響太陽能的接收，從而影響電力質素。

然而，光伏板需要配置在沙塵較多的空曠環境中吸收大量陽光，同時應對沙塵暴以及酸雨對玻璃的腐蝕，如何讓這類型設施的表面保持「一塵不染」一直是行內的一大挑戰。

對此，來自香港理工大學建築環境及能源工程學系的楊洪興教授領導的研發團隊開發了一種全新的自清潔塗料，用納米塗層的方式自動排走表面上的塵埃，讓光伏板清澈明亮。

親水性自清潔塗料 防沙塵及酸雨

過去數十年，玻璃自清潔塗層引起了學術界和工業界的興趣，因為它無需進行任何外部清潔和維修，就能長時間保持玻璃清澈明亮。

一般而言，具備「自清潔」功能的塗層是指在玻璃表面上覆蓋一層薄薄的TiO2 塗層。「由於TiO2塗層具有光催化和光致親水特性，當受到陽光照射時，不單能將有機污垢分解為二氧化碳和水份，還可均勻地將雨水以片狀方式分散於玻璃表面，有效沖洗鬆散的污垢並以最快速度蒸發乾透，而不留痕跡。」楊教授解釋道。

傳統上，自清潔TiO2塗層主要以四種方式噴塗在玻璃表面上，包括化學氣相沉積（CVD）、磁控濺鍍（magnetron sputtering）、噴霧熱分解法（spray pyrolysis）和溶膠凝膠法（Sol-Gel）。其中，CVD和磁控濺鍍技術可以製作出高耐用度的透明TiO2薄膜，但當中牽涉複雜的設備和製作技術，因此初期投資和維修成本十分高昂，單單塗層的製作成本已約為每平方米10-20美元；溶膠凝膠法雖然造價便宜，技術含量較低，但塗層的黏附能力較差；噴霧熱分解法所需設備及技術條件和成本較低，亦易於大規模生產，但由於受到噴塗技術所限，在噴塗過程中原料的損失率高達98%。

楊教授所研發的全新自清潔塗層，為一種具有高透明度的多功能高分散納米複合塗料。「塗層採用了球磨法，將當中的納米粒子研磨至5nm，能夠抑制瑞利散射效應，並具有極佳的分散性能和超過98%的極佳可見光透光率。」他說。

此外，塗層在經過陽光的有機激活後具有光催化作用和超親水特性（水滴角小於1度），讓水滴形成薄膜分解吸附於玻璃表面的有機物質，並透過雨水輕鬆地將無機灰塵沖刷乾淨。如果在工廠噴塗後再經過鋼化處理，塗層更會變得耐用，其硬度可達8H，令使用壽命長達20年，更能防止沙塵暴及酸雨對玻璃的腐蝕。

實際應用 成效卓越

這款全新的自清潔塗層已於2016年尾應用在浙江武義光伏組件項目等工程項目上。

為了測試塗層能否提高光伏板的電量輸出，楊教授和他的研究團隊成員將光伏板分成兩組，並對當中的數據進行了比對。

第一組為進行了清潔並噴塗了自清潔塗層的光伏板。

第二組光伏板則只進行了清潔，並未應用自清潔塗層。

在比對了前後兩年相同月份中的每組光伏板的數據後，楊教授發現在經過清潔之後，兩組光伏板的發電量皆提升了6.0 - 8.4%，顯示清澈明亮的玻璃表面的確能提升電力輸出。而當撇除天氣因素後， 第一組比第二組對總發電量的佔比更比往年提升了2.2%，顯示自清潔塗層的效能顯著。

另外，位於深圳的大族激光福永2MW光伏電站，在應用自清潔塗層之後，所錄得的總發電量亦提升了5%。

「相信隨著時間一路發展，噴塗了自清潔塗層的優勢會越來越明顯。」楊教授說。

操作簡單 成本相宜

楊教授的自清潔塗層的其中一大優勢，是能夠透過廉價便捷的納米塗層材料和絲網印刷技術，將塗層噴塗在玻璃表面，而噴塗的過程亦相對簡單，因此深受光伏行業和建築行業的歡迎。該技術同樣可以應用到建築玻璃外表面，並已應用在理大校園X座的天窗和玻璃簷篷。

過程如下：

1）使用中性清潔劑清洗光伏板表面，並利用清水洗去殘留的清潔劑後，讓光伏板自然風乾
2）透過噴塗機將塗層噴塗在光伏板上，期間需要對速度和噴塗量作出調整
3）完成後讓玻璃表面自然風乾，大概只需3分鐘
4）其後抽樣進行功率測試，以確認在噴塗過程中沒有對光伏板造成損壞

該納米塗料的生產及絲網印刷技術能將自清潔塗層的製作成本大幅降至每平方米不超過1美元，同時方便運輸和儲存，無需額外技術投資。

而且，楊教授的自清潔塗層為水基塗料，揮發性有機化合物含量只有3g/L，不含任何重金屬，適合應用於綠色建築環境之中。這項研究已獲頒第44屆瑞士日內瓦國際發明展金獎、羅馬尼亞克盧日的納波卡理工大學特別優異獎，以及香港環保建築大獎中的優異獎。

現時，自清潔塗層已進入量產階段，並由本港一間公司負責生產。