自潔材料於太陽能應用簡介

 

刊登日期:2015/9/5
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在綠色能源的發展中,太陽能可謂是目前最受矚目的能源之一,且太陽能發電系統安裝數量每年皆穩定的成長。先進國家更早已推廣太陽能發電由電廠到民生範圍的使用,而各國政府也有相關補助計畫來推動太陽能的發展。根據統計至 2013年底為止,全球太陽能裝置容量已突破 130 GW。現在市場上主流多為多晶矽、單晶矽的太陽能發電系統,其系統原理為太陽能模組表面經吸收太陽光能後,於模組表面激發形成電子與電洞對,再利用太陽能組件中 p型與 n型半導體接面形成之電場,使電子與電洞對有方向性的移動而產生電流。

此外太陽能應用還有其他類型,將太陽能的熱能轉為其他能源使用,例如常見的拋物線槽型、斯特林碟型、菲涅爾反射鏡型及太陽能發電塔型等。隨著太陽能如此龐大且迅速拓展的使用規模,使用上卻面臨新的問題與威脅。由於各類型太陽能發電主要皆依靠太陽光的照射,其發電效率除本身光電轉換效率影響外,另一影響因素取決於太陽能板的清潔程度,故如何維持太陽能板的表面清潔將是未來發展一大重點。

太陽能板面臨環境汙染問題
根據粉塵沾附影響太陽光透光度之研究文獻證實,太陽能板設備裝置地點受到環境因素影響很大,Garg、Hegazy、Sayigh等人在印度、埃及中部地區、科威特等地實驗測試,以相同太陽能板設備架設角度下,粉塵沾附量對太陽光穿透度的影響各為 27%、18%、40%。而Zorrilla-Casanova等人則在西班牙進行環境粉塵汙染對太陽能板受到之光照量的研究指出,若是環境長期不下雨接近三個月,其表面粉塵堆積可降低太陽光輻射量,損失將達到 20%以上。

光觸媒原理
光觸媒材料的反應機制為藉由吸收適當光能後,在材料表面形成電子電洞對,而電子電洞對的轉移與再結合過程中,使材料表面或是空氣中微量水氣分解產生氫氧自由基,此反應過程會使塗佈光觸媒材料表面轉為超親水性,能使水滴與基材表面之接觸角由原先的 40~60度角降低到接近 0度角。此超親水性可使環境中的微量水氣滲入環境汙染物,如粉塵等物質與基材表面之間,使汙染物可被輕易帶走(如圖八)。藉由此超親水性的特點,能使光觸媒材料達到一定的防汙效果。


圖八、光觸媒材料抗汙示意

光觸媒於太陽能板上的應用
與台灣科技大學合作架設太陽能發電設備,於戶外實測塗佈京程材料與未塗佈處理之實驗比較可知:放置戶外40天後之太陽能板外觀,經塗佈光觸媒材料之設備乾淨無明顯水漬及粉塵沾附;未經塗佈光觸媒材料之設備則有明顯水漬及粉塵沾附情形(圖十一)。且經統計戶外實驗近 3個月累積發電量比較,有塗佈處理之太陽能發電量可達 28.8kW以上;未塗佈處理之太陽能發電量約為 28 kW。以太陽能板發電率計算約增加3%。若長期使用有塗佈處理之太陽能設備,此發電效益將非常龐大……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖十一、於台科大架設太陽能板測試塗佈JM材料之清潔度

作者:褚雅婷、陳郁文、王子瑜/京程科技股份有限公司
★本文節錄自「工業材料雜誌」345期,更多資料請見下方附檔。


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