一种减少边缘积灰的光伏组件的制作方法

1.本发明涉及光伏发电领域，具体是一种减少边缘积灰的光伏组件。


背景技术：

2.固定式的光伏发电组件(简称光伏组件)一般采用向阳面朝南(在南半球则朝北)倾斜的安装方式，在条件允许的情况下其倾角(组件面和水平面的小夹角)选用当地的纬度，或者当地的纬度减去5
°
，这叫做角度优化安装法。在温带地区，这种安装方式产生了较大的倾斜角，当下雨的时候，雨水在光伏组件表面形成局部且分散的雨水堆，这些雨水能够将落在光伏组件面上的灰尘进行润湿和冲洗，在雨水的惯性和地心引力的作用下，分散的雨水堆携带着分散在雨水内的灰尘往组件下方流淌。由于边框略高于组件的盖板，所述的雨水首先堆积在边框和组件盖板衔接处，形成较大滩的污水堆积在组件最下方的边框位置，直到液满溢出。
3.图1和图2分别给出了现有的安装好的光伏发电组件在下雨时的情景：图1是大倾斜度安装的光伏发电组件的剖面结构和雨水滴在盖板玻璃表面流动的示意图，图中可见零散的雨水滴211出现在组件的透明盖板112上，雨水滴逐步往下流动并形成聚集在边框116处的雨水堆212，由于组件的倾斜度214较大，雨水聚集的速度较快，雨水堆212很快溢满，形成溢流出来的雨水213。图2是小倾斜度安装的光伏发电组件的剖面结构和表面雨水滴流动的示意图，情况和图1相似，但是由于倾斜度224相对较小，聚集在边框116处的雨水堆222的形成速度较慢，水量也较少。由于边框116的阻挡，雨水中的部分粉尘失去惯性而开始沉淀，同时，部分仍有惯性的粉尘则发生了方向的变化，导致粉尘在这个区域进行漩涡运动，进而促进了沉淀。由于边框材质和盖板玻璃的表面能的不一致，在表面张力的作用下，“污水溢满而倾”这个动作产生了“撇水”的物理分离效果。综合上述的现象，粉尘倾向于堆积在组件下方的边缘和角落，形成“粉尘三角洲”，严重的影响光伏组件发电，造成了电站业主的发电收益损失。
4.图3是常规光伏发电组件边缘角落发生积灰的示意图，图中展示了光伏组件111处于短边框朝下的安装状态，在这两个组件透明盖板112的向阳面上分别出现了因在下雨后污水长期无法排尽而导致的边缘积灰11和角落积灰12的现象，这种积灰层的密度比较高，如同泥浆层。这种积灰层在实践中会严重的影响光伏发电，影响程度可达20～50％不等。
5.为了解决因粉尘堆积而导致的发电量损失的问题，行业内推出了各种解决方案，主要有：全手动清扫(即采用手持清扫工具，清扫效率低，清扫效果最好，成本最高)；半自动清扫(即采用现场人工遥控清扫设备，清扫效率高，清扫效果好，综合成本适中)；全自动清扫(即采用无人值守自动清扫机器人，清扫效率高，清扫效果一般，设备投入成本最高，设备故障率高)；盖板玻璃表面涂自洁涂层(靠雨水自洁，一次性投入成本高，无人工成本，清洁效果好，仍存在边缘角落积灰的问题)；在光伏组件的边框位置安装导水排泥装置(靠雨水自洁，一次性投入成本适中，需要人工安装导水排泥装置，清洁效果好，边缘角落积灰现象较少)。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种减少边缘积灰的光伏组件，在其透明盖板的表面做特殊的疏水和亲水性处理，利用选择性区域的表面能改性的技术手段对水流进行引导，最大程度发挥雨水自然清洗组件表面灰尘的作用，既不需要人工安装清洁设备，降低人工和设备成本，又可以增加雨水清洁和导水效果，减少灰尘在组件边缘的堆积。
7.本发明采用如下技术方案：一种减少边缘积灰的光伏组件，包括光伏组件和边框，光伏组件通过背板安装在边框内，光伏组件上有透明盖板，透明盖板的向阳面上靠近边框下侧边处喷涂有图形化的透明表面能改性材料，所述的图形是由若干个或若干组几何图形以及所述相邻几何图形之间的图形间隙构成，几何图形内喷涂的表面能改性材料是亲水性表面改性材料，所述的图形间隙内喷涂的表面能改性材料是疏水性表面改性材料；在所述的图形间隙与透明盖板下侧边之间喷涂疏水性表面改性材料；所述的几何图形为轴对称图形，其形状沿着对称轴逐渐收敛。
8.当雨水零散的滴在光伏组件的透明盖板的向阳面时，在透明盖板上零散铺开的雨水沿着水流重力方向(一般是向下)无规则地整体流动直到进入表面喷涂图形化的透明表面能改性材料的区域(靠近边框下侧边处)，雨水首先流进表面喷涂有亲水性表面改性材料的几何图形内，由于此处的接触角(指在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角)很小，水滴快速铺开并和其它的水滴汇集形成大面积的雨水堆，几何图形的边界连着表面喷涂有疏水性表面改性材料的图形间隙区，由于两个区域的接触角差异很大，导致了在亲水区域(几何图形内区域)的雨水倾向于不越界，因此该亲水区域如同一个“虚拟流道”，同时在几何图形“收敛特征”的加持下，形成雨水大概率聚集区域，由于“虚拟流道”逐渐变窄，水流速度就逐渐加快，雨水继续往下并流入图形间隙与边框下侧边之间的疏水区，此时由于流道表面的接触角突然变得很大，水流转变成呈大球状的汇集雨水加速往下流出，由于惯性和疏水性的原因，雨水(含夹杂的灰尘污垢)不残留，最终雨水连同灰尘污垢一起滑出盖透明盖板，从而减少灰尘在光伏组件透明盖板上的堆积，达到减少边缘积灰的目的。
9.具体地，所述的几何图形是三角形、梯形、桃形、喇叭形、奶嘴形或波形，这些都是轴对称图形，且其形状沿着对称轴逐渐收敛，这样随着亲水区域的逐渐变窄，就能在亲水区形成逐渐变窄的水流通道，使雨水流速逐渐变大。
10.具体地，所述的几何图形的对称轴与透明盖板的左右侧边平行，且几何图形在其对称轴的垂直方向进行阵列排布。
11.具体地，所述的几何图形位于透明盖板下侧边的边缘处，所述的几何图形的总面积小于所述透明盖板面积的30％，是在“积灰重灾区”进行高效的雨水汇流、引流聚集和加速排水，同时也大幅度降低昂贵的表面能改性材料的用量。
12.边框下侧边的内表面上喷涂有疏水性表面能改性材料，这样能同时对边框下侧边的内表面进行清洁，减少灰尘在内表面堆积。
附图说明
13.图1是大倾斜度安装的光伏发电组件的剖面结构和雨水滴在盖板玻璃表面流动的
示意图。
14.图2是小倾斜度安装的光伏发电组件的剖面结构和雨水滴在盖板玻璃表面流动的示意图。
15.图3是常规光伏组件边缘、角落积灰情况的示意图。
16.图4是本发明一种减少边缘积灰的光伏组件的结构示意图。
17.图5是选择性区域表面能改性导水机制的原理示意图。
18.图6是各种形状几何图形的选择性区域表面能改性导水机制的原理示意图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
20.一种减少边缘积灰的光伏组件，如图4、图5所示，包括光伏组件111和边框116，光伏组件111通过背板113安装在边框116内，相邻光伏组件111之间有光伏导线114连接，光伏组件111余边框116之间有透明封装材料115封装，光伏组件111上有透明盖板112，透明盖板112的向阳面上靠近边框下侧边116a处喷涂有图形化的透明表面能改性材料117，所述的图形117是由若干个或若干组位于透明盖板下侧边112a边缘处的几何图形33以及所述相邻几何图形之间的图形间隙35构成，几何图形33的总面积小于所述透明盖板112面积的30％，几何图形33内喷涂的表面能改性材料是亲水性表面改性材料，所述的图形间隙35内喷涂的表面能改性材料是疏水性表面改性材料；所述的在所述的图形间隙35与透明盖板下侧边112a之间喷涂疏水性表面改性材料；所述的几何图形33为轴对称图形，其形状沿着对称轴逐渐收敛，几何图形33的对称轴36与透明盖板的左、右侧边112b平行，且几何图形33在其对称轴36的垂直方向进行阵列排布。边框下侧边116a的内表面上也喷涂有疏水性表面能改性材料，这样能同时对边框下侧边116a的内表面进行清洁，减少灰尘在内表面堆积。
21.当雨水零散的滴在光伏组件的透明盖板112的向阳面时，在透明盖板112上零散铺开的雨水31沿着水流重力方向(一般是向下)无规则地整体流动直到进入表面喷涂图形化的透明表面能改性材料的区域32，雨水首先流进表面喷涂有亲水性表面改性材料的几何图形33内，由于此处的接触角很小(亲水)，水滴快速铺开并和其它的水滴汇集形成大面积的雨水堆37，几何图形33的边界连着表面喷涂有疏水性表面改性材料的图形间隙区35，由于两个区域的接触角差异很大，导致了在亲水区域(几何图形33内区域)的雨水倾向于不越界，因此该亲水区域如同一个“虚拟流道”，同时在几何图形33“收敛特征”的加持下，形成雨水大概率聚集区域38，由于“虚拟流道”逐渐变窄，水流速度就逐渐加快，雨水继续往下并流入图形间隙35与透明盖板下侧边112a之间的疏水区34，此时由于流道表面的接触角突然变得很大(疏水)，水流转变成呈大球状的汇集雨水39加速往下流出，由于惯性和疏水性的原因，雨水(含夹杂的灰尘污垢)不残留，最终雨水连同灰尘污垢一起滑出盖透明盖板，从而减少灰尘在光伏组件透明盖板112上的堆积，达到减少边缘积灰的目的。
22.本发明的一种减少边缘积灰的光伏组件的制作流程如下：
23.1、准备透明纳米表面能改性材料，所述的透明纳米表面能改性材料包括亲水性表面改性材料(其接触角大于150
°
)和疏水性表面改性材料(其接触角小于5
°
)；
24.2、制备喷涂亲水性表面改性材料的亲水区蒙版和喷涂疏水性表面改性材料的疏
水区蒙版，亲水区蒙版的选区形状参考图6中的几何图形33a—33f的形状，疏水区蒙版的选区形状参考图6中的图形间隙35a—35f和疏水区34a—34f的形状；
25.3、按照常规流程生产光伏组件，并对半成品光伏组件的透盖板进行除油脂和除湿处理；
26.4、将预处理完毕的半成品光伏组件平稳地放置于水平台面上，幷使光伏组件的向阳面朝上，将喷涂疏水改性层图形的蒙版紧贴于组件的上方；开始均匀的喷涂疏水改性层，喷涂工艺按照常规的工艺方法执行，喷涂完毕后进行光固化，最后取下蒙版；
27.5、将喷涂亲水改性层图形的蒙版紧贴于组件的上方；开始均匀的喷涂亲水改性层，喷涂工艺按照常规的工艺窍门执行；喷涂完毕后进行光固化；最后取下蒙版。
28.作为本发明的其他实施例，几何图形33可以是三角形33a、梯形33b、桃形33c、奶嘴形33d、喇叭形33e或波形33f等，如图6所示，这些都是轴对称图形，且其形状沿着对称轴逐渐收敛，这样随着亲水区域的逐渐变窄，就能在亲水区形成逐渐变窄的水流通道，使雨水流速逐渐变大。
29.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种减少边缘积灰的光伏组件，包括光伏组件和边框，光伏组件通过背板固定在边框内，光伏组件上有透明盖板，其特征在于：透明盖板的向阳面上靠近边框下侧边处喷涂有图形化的透明表面能改性材料，所述的图形是由若干个或若干组几何图形以及所述相邻几何图形之间的图形间隙构成，几何图形内喷涂的表面能改性材料是亲水性表面改性材料，所述的图形间隙内喷涂的表面能改性材料是疏水性表面改性材料；在所述的图形间隙与透明盖板下侧边之间喷涂疏水性表面改性材料；所述的几何图形为轴对称图形，其形状沿着对称轴逐渐收敛。2.根据权利要求1所述的一种减少边缘积灰的光伏组件，其特征在于：所述的几何图形是三角形、梯形、桃形、喇叭形、奶嘴形或波形。3.根据权利要求1或2所述的一种减少边缘积灰的光伏组件，其特征在于：所述的几何图形的对称轴与透明盖板的左右侧边平行，且几何图形在其对称轴的垂直方向进行阵列排布。4.根据权利要求1所述的一种减少边缘积灰的光伏组件，其特征在于：所述的几何图形位于透明盖板下侧边的边缘处。5.根据权利要求4所述的一种减少边缘积灰的光伏组件，其特征在于：所述的几何图形的总面积小于所述透明盖板面积的30％。6.根据权利要求1或4或5所述的一种减少边缘积灰的光伏组件，其特征在于：边框下侧边的内表面上喷涂有疏水性表面改性材料。

技术总结
本发明公开一种减少边缘积灰的光伏组件，包括光伏组件和边框，光伏组件上有透明盖板，透明盖板上喷涂有图形化的透明表面能改性材料，所述的图形是由若干个或若干组几何图形以及图形间隙构成，几何图形内喷涂亲水性表面改性材料，图形间隙内喷涂疏水性表面改性材料；在所述的图形间隙与透明盖板下侧边之间喷涂疏水性表面改性材料；所述的几何图形为轴对称图形，其形状沿着对称轴逐渐收敛。本发明通过合理地设计几何图形的形状、方向、位置和布局等方式，使疏水改性区与亲水改性区交替布局，可以促进污水支流汇集，并引导和加速污水往透明盖板的边缘和边框方向排放，减少污水在边缘的残存，有效地减少泥浆灰尘在光伏组件边缘角落的形成。落的形成。落的形成。


技术研发人员：林晨星 广善炘 宋伟龙
受保护的技术使用者：安徽天柱绿色能源科技有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/1