CN112802913A - 一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构及方法，针对太阳能热水器和太阳电池板长期在室外使用时易积累污染物、降低太阳能使用效率的问题，采用太阳能玻璃表面微结构，基于“荷叶效应”，对玻璃表面污染物进行自清洁的同时，亚波长微结构减小玻璃对太阳光的反射，提高太阳能使用效率。提供了一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构，解决了太阳能玻璃表面去污和太阳能利用效率兼容的问题，也避免了电子束光刻、等离子刻蚀与反应离子刻蚀等方法对太阳能电池片或太阳能集热片或太阳能集热管直接刻蚀导致的基材吸收部分损伤。

Description

一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构及方法
技术领域
本发明涉及太阳能玻璃结构领域，具体涉及一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构及方法。
背景技术
现有技术中太阳能玻璃主要用于太阳能集热器、太阳能电池板的装置外部结构所用的罩管及盖板，多为经加工的强化玻璃，具有耐风压、耐积雪、提高性能以防污染和防止日照引起热裂损等作用，但是常规传统太阳能玻璃的使用厚度为3.2mm或4mm，其质量较重，增加材料生产成本；同时传统太阳能玻璃表面的太阳光透过率较低，透过率约为85％，反射率约为8％，吸收损失约为7％，且易造成光污染。
现有技术中，通过无机树脂、低表面功能溶液、稀释剂等化学试剂，在太阳能玻璃表面上制备涂层或镀膜，使得太阳能玻璃获得抗灰增透的效果。但是，一方面，太阳能玻璃长时间暴晒于室外大气中，涂层或镀膜将发生脱落；另一方面，化学制备玻璃表面微结构、化学制备涂层或镀膜等方法，加工效率低。
发明内容
针对上述问题，本发明采用紫外皮秒激光、飞秒激光加工、微铣削加工及组合加工方法，在太阳能玻璃表面上，大面积制备亚波长微结构，实现太阳能玻璃达到自清洁增透的目的。
为实现上述目的，本发明提供的具体技术方案如下：
一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构，其特征在于，包括亚波长仿生微结构1、太阳能玻璃2、太阳能转化部分3；所述亚波长仿生微结构1与外界环境接触，设置于所述太阳能玻璃2上表面，用于借助露水或雨水移除污染物或灰尘，进行自清洁的同时，可以减小玻璃对太阳光的反射能量，增强太阳能玻璃对太阳光的透射率；所述太阳能玻璃2下表面连接所述太阳能转化部分3，对太阳能转化部分3进行保护，所述太阳能转化部分3用于对太阳光能量转化为电能或热能。
所述太阳能玻璃2与所述太阳能转化部分3的连接包括如下几种方式：
太阳能电池板：所述太阳能玻璃2下表面与所述太阳能转化部分3采用EVA胶膜进行粘接，EVA胶膜为聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物胶膜；
太阳能集热管：所述太阳能玻璃2也就是罩玻璃管，罩玻璃与太阳能转化部分3所在内玻璃管通过熔接方式进行连接。
太阳能集热板：所述太阳能玻璃2与太阳能转化部分3通过金属壳体进行连接。
所述亚波长仿生微结构1设置为包括但不限于圆锥形、圆柱形、V型槽或金字塔等结构。
所述太阳能转化部分3包括太阳能电池片或太阳能集热片或太阳能集热管。
一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将所述太阳能玻璃2固定于超快激光加工平台上，超快激光加工平台包括型号为YPP-UV-20的紫外皮秒激光器，或型号为FemtoYL-15的飞秒激光器，；
步骤2：使用紫外皮秒激光器或飞秒激光器产生超短脉冲激光束，经过聚焦后，形成高能量密度的激光束；
步骤3：以飞秒激光加工为例，设置超快激光参数，使聚焦后的激光束与玻璃表面材料互相作用，通过G代码操作三维移动平台,改变激光运动轨迹，获得所述亚波长仿生微结构1；
步骤4：将表面微结构化的太阳能玻璃与所述太阳能转化部分3进行连接。
所述步骤3中，所述超快激光参数分别为：扫描速度：0.02mm/s～0.5mm/s；平均功率：0.1W～1W；脉冲频率：1kHz～100kHz。
所述步骤1中的所述加工平台还可选用微铣削加工及组合加工平台。
能实现太阳能玻璃表面微结构的加工方式不限于所述超快激光加工平台，通过其他加工平台加工得出所述表面微结构的方法都属本发明的保护范围。
本发明解决了太阳能玻璃表面去污和太阳能利用效率兼容的问题，也避免了电子束光刻、等离子刻蚀与反应离子刻蚀等方法对太阳能集热片或太阳能集热管或太阳能电池片直接刻蚀导致的基材吸收部分损伤。亚波长仿生微结构用于借助露水或雨水移除污染物或灰尘，进行自清洁的同时，可以减小玻璃对太阳光的反射能量，增强太阳能玻璃对太阳光的透射率。
附图说明
图1为带圆锥形微结构化玻璃的太阳能转化部分结构示意图；
图2为带圆柱形微结构化玻璃的太阳能转化部分结构示意图；
图3为带V型槽微结构化玻璃的太阳能转化部分结构示意图；
图4为带金字塔微结构化玻璃的太阳能转化部分结构示意图；
图5为本发明表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构加工流程图；
图中，1为亚波长仿生微结构；2为太阳能玻璃；3为太阳能转化部分。
具体实施方式
本发明针对太阳电池板和太阳能热水器长期在室外使用时易积累污染物、降低太阳能使用效率的问题，采用太阳能玻璃表面微结构进行优化。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
作为一种可能的实施方式，如图1所示，在太阳能玻璃2上表面，使用紫外皮秒激光、飞秒激光加工、微铣削加工及组合加工方法制备圆锥形亚波长仿生微结构1；
作为一种可能的实施方式，如图2-4所示，所述亚波长仿生微结构1还包括圆柱形、V型槽、金字塔等。
基于“荷叶效应”，太阳能玻璃表面的亚波长微结构降低材料表面与水的滚动角、提高材料表面与水的接触角，太阳能玻璃2倾斜时，降低露水或雨水的水滴粘附力，超疏水表面滚动的水滴可以移除污染物或灰尘，进行自清洁，避免污染物对太阳光的屏蔽；所述太阳能转化部分3用于对太阳光能量转化为电能或热能。
光线与太阳能玻璃亚波长微结构互相作用时，亚波长微结构可以增加太阳光线的传播距离,使光线在微结构与微结构之间产生光的反射、衍射、散射与折射等多重效应，减小材料对太阳光的反射率，增强太阳能玻璃对太阳光的透射率；
太阳能转化部分3对透射后的太阳光能量进行转化，提高光热转化效率或光电转换效率.
一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将所述太阳能玻璃2固定于超快激光加工平台上；
步骤2：使用紫外皮秒激光器或飞秒激光器产生超短脉冲激光束，经过聚焦后，形成高能量密度的激光束；
步骤3：以飞秒激光加工为例，设置超快激光参数，使聚焦后的激光束与玻璃表面材料互相作用，通过G代码操作三维移动平台,改变激光运动轨迹，获得所述亚波长仿生微结构1；
步骤4：将表面微结构化的太阳能玻璃与所述太阳能转化部分3进行连接。
所述步骤3中，所述超快激光参数分别为：扫描速度：0.02mm/s～0.5mm/s；平均功率：0.1W～1W；脉冲频率：1kHz～100kHz。
所述步骤1中的所述加工平台还可选用包括但不限于微铣削加工及组合加工平台。
作为一种可能的实施方式，微铣削加工方式加工步骤如下：
步骤1：将所述太阳能玻璃2固定于微铣削加工平台上；
步骤2：设置刀具切削角度30°～45°、主轴转速30000r/min～40000r/min、背吃刀量1μm～10μm、进给速度0.06mm/s～0.3mm/s等微铣削加工参数，三轴微进给系统改变刀具运动轨迹，获得所述亚波长仿生微结构1；
步骤3：将表面微结构化的太阳能玻璃与所述太阳能转化部分3进行连接。
作为一种可能的实施方式，组合加工方式加工步骤如下：
步骤1：以超声振动辅助微铣削为例子，将所述太阳能玻璃2固定于超声振动辅助微铣削加工平台上；
步骤2：设置超声振动频率10kHz～20kHz、主轴倾角15°～45°、主轴转速20000r/min～40000r/min、铣削深度1μm～10μm、进给速度1μm/s～5μm/s等加工参数，通过G代码操作三轴数控平台，改变刀具运动轨迹，获得所述亚波长仿生微结构1；
步骤3：将表面微结构化的太阳能玻璃与所述太阳能转化部分3进行连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构，其特征在于，包括亚波长仿生微结构(1)、太阳能玻璃(2)、太阳能转化部分(3)；所述亚波长仿生微结构(1)与外界环境接触，设置于所述太阳能玻璃(2)上表面，所述太阳能玻璃(2)下表面连接所述太阳能转化部分(3)，对太阳能转化部分(3)进行保护。
2.根据权利要求1所述的表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构，其特征在于，所述亚波长仿生微结构(1)设置为包括但不限于圆锥形、圆柱形、V型槽或金字塔等微结构。
3.根据权利要求1所述的表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构，其特征在于，所述太阳能转化部分(3)包括太阳能电池片或太阳能集热片或太阳能集热管。
4.一种表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将所述太阳能玻璃(2)固定于加工平台上,包括超快激光加工平台；
步骤2：使用所述加工平台产生超短脉冲激光束，经过聚焦后，形成高能量密度的激光束；
步骤3：设置超快激光参数，使聚焦后的激光束与玻璃表面材料互相作用，通过G代码操作三维移动平台，改变激光运动轨迹，获得所述亚波长仿生微结构(1)；
步骤4：将表面微结构化的太阳能玻璃与所述太阳能转化部分(3)进行连接。
5.根据权利要求4所述的表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构的加工方法，其特征在于，所述步骤3中，所述超快激光参数分别为：
扫描速度：0.02mm/s～0.5mm/s；
平均功率：0.1W～1W；
脉冲频率：1kHz～100kHz。
6.根据权利要求4所述的表面织构化太阳能玻璃自清洁增透结构的加工方法，其特征在于，所述步骤1中的所述加工平台还可选用包括但不限于微铣削加工及组合加工平台。
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