自动清理积雪！让太阳能板冰雪覆盖率下降至百分之二十八

随着技术的发展和人类环保意识的深入，光伏发电作为绿色能源的一部分，开始得到越来越多的应用。然而，在寒冷的北方气候下，频繁的降雪往往会对太阳能电池板的正常运转造成极大的影响。

“太阳能电池板在冬天可能会失去80%或90%的发电能力。因此，找到一种让它们全年继续发电的方法是一项令人兴奋的挑战。”密歇根大学材料科学与工程教授阿尼什·图特哈表示。

为了解决这个问题，密歇根大学团队研发了一种廉价的透明涂层，可以大幅度减少太阳能电池板上的冰雪堆积，从而显著提高寒冷气候下太阳能电池板的生产效率。

相关研究发表，该论文以《使用具有低界面韧性的疏冰表面降低场内太阳能阵列的大规模积雪》为题，图特哈担任通讯作者。

对于太阳能来说，虽然积雪并不会对组件造成破坏，但却会把电池板完全覆盖，光照很难穿透厚厚的积雪，这也是光伏组件在冬季面临的巨大困境。

“冰相对致密和沉重，我们以前的涂层会利用其自身的重量来让它自行脱落。但是雪的密度可能比冰小10倍，所以我们完全不确定我们在冰上使用的技巧可以成功转化。”图特哈解释道。

为了寻找到一种最契合的涂层，图特哈和他的团队从过去发明的冰脱落涂层中获得了灵感，开始关注“低界面韧性”和“低粘附强度”这两种特性。

低粘附强度一般依靠的是光滑的表面，换句话说，即太阳能板越光滑，附着力越小，积雪越容易自行脱落。但单独依靠滑度在小面积上效果很好，如果表面很大，则需要非常大的力才能将冰雪滑下。

对于较大的区域，需要一种方法来打破冰雪的粘连，这时，低界面韧性就发挥了作用。

低界面韧性会在冰和面板之间产生裂缝。无论面板的大小如何，它都会沿着面板传播，从而完全打破冰雪之间的粘附力。这种概念在断裂力学领域运用比较广泛，但直到现在，它还没有被尝试用于除雪。

基于这两种特性，该团队确定了研发方向，开始致力于在低粘附强度和低界面韧性之间取得平衡。

他们首先从PVC塑料开始测试，因为它非常坚硬，界面韧性足够低，在少量植物油的作用下，其表面附著力也降到一个可观的程度。

除此之外，他们还寻找到了PVC塑料和植物油的替代材料，即PDMS塑料和硅油，可发挥和其一样的功效。

通过与阿拉斯加大学的合作，该团队得以在阿拉斯加费尔班克斯的太阳能场上测试该涂层材料。测试表明，“涂层板在整个冬季的平均冰雪覆盖率约为28%，而未涂层板的平均冰雪覆盖率约为59%。”

图特哈说，“如果我们能够证明其长期功效，那么防雪涂层将使多雪地区的太阳能更加可靠和负担得起，从而有助于加速向以太阳能为主导的能源经济的过渡。”

值得注意的是，除了太阳能行业，其它包括汽车挡风玻璃、自动驾驶汽车的激光雷达罩和寒冷气候光学传感器等，都可部署该涂层。

不过，该团队并不打算立即将该材料应用于涂层迭代。据悉，他们计划进一步调整它，目的是开发一种可以使用至少5年的涂层。