CN113336425B - 一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法 - Google Patents

一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，通过设置微纳梯形槽阵列和化学改性的方式改善光伏玻璃的表面润湿性能，使得液滴在光伏玻璃表面上能够进行定向的自发运动，带走灰尘从而完成自清洁，有效地提高除尘效率；此外，所述的光伏玻璃自清洁方法在改善表面润湿特性的同时，预留了一定面积的未加工区域，可以保持光伏玻璃的高透光性。

Description

一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法
技术领域
本发明属于自清洁领域，尤其涉及一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法。
背景技术
中国为实现2030年碳达峰目标，非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右，全国风电和太阳能发电装机容量将达到12亿千瓦以上，太阳能发电技术将成为中国大力发展的新能源技术之一。但是，能量转换的核心光伏玻璃长期在室外运行，易积累污染物，光透射率会减小，光吸收率会增大，光电转换效率会降低，使得光伏电池温度升高，导致光伏电池的发电效率、寿命周期会减小。
目前，在光伏玻璃表面上，自清洁技术通常采用涂层、表面微结构的方法，当光伏电池使用的过程中，可以通过借助雨水露水及时清除灰尘，保持良好的透光率。其中，通过超快激光加工、微铣削加工、化学表面改性及组合加工等方法，在光伏玻璃表面制备微纳结构，使得光伏玻璃获得自清洁增透功能。但是，液滴在光伏玻璃表面上随机移动，容易造成液滴损失，降低液滴载灰的运输效率，导致除尘效率低等问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，可以实现滴液在光伏玻璃上按着规定的路线进行自发的清洗，有效提高除尘效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其技术要点是：包括如下步骤：
S1：对光伏玻璃进行预加工，所述的预加工的方法为超快激光加工方法，所述超快激光加工方法包括如下两步骤：首先，将所述光伏玻璃固定于加工平台上；再设置紫外皮秒激光参数，通过皮秒激光束与玻璃互相作用，加工平台通过数控代码改变激光束的运动轨迹，形成微纳梯形槽阵列结构；所述的微纳梯形槽阵列结构为线性阵列结构、发散式阵列结构或螺旋式阵列结构。
S2：利用低表面能物质对光伏玻璃进行化学改性，获得超疏水表面；在超疏水表面上，液滴沿着微纳梯形槽阵列结构轨道进行定向运动，移除灰尘，进行自清洁。
优选地，所述预加工的方法为微铣削加工方法。
优选地，所述预加工的方法为微纳热压印加工方法。
优选地，所述紫外皮秒激光参数设置为：平均功率：5~10W，重复频率：500~800kHz，扫描速度：0.5~2m/s。
优选地，所述线性阵列结构为中间设置竖向梯形槽，两侧设置横向梯形槽，竖向梯形槽中较宽一端设置在上端，横向梯形槽中较宽一端设置在靠近竖向梯形槽的一端。
优选地，所述低表面能物质为氟硅烷。
优选地，利用氟硅烷对光伏玻璃进行化学改性，其步骤如下：
s1：将氟硅烷与无水酒精按照质量比1:20~1:60进行配比，再进行搅拌1~2小时；
s2：在50~80℃下，将S1中预加工后的光伏玻璃浸泡在s1溶液中1~2小时；
s3：取出后，100℃~120℃环境下烘干1~2小时，即可获得超疏水表面玻璃。
优选地，所述梯形槽间距设置为2W ~ 5W μm，其中，W为梯形槽较宽一端的宽度。
优选地，所述的螺旋式阵列结构是由若干个小梯形槽按螺旋状形式放置。
由以上技术方案可知，本发明的优点及有益效果是：本发明采用微纳梯形槽阵列的方法，由于超疏水表面液滴难以停留的特性，使得该表面具有防水、防冰、防雾、自清洁等特性，通过改善光伏玻璃的表面润湿性能，使得液滴在光伏玻璃表面上进行定向自发运动，带走灰尘，进行自清洁，有效地提高除尘效率；此外，在改善表面润湿性能的同时，预留一定面积的未加工区域，使得光伏玻璃保持高透光性。
附图说明
图1是本发明第一种微纳梯形槽阵列结构示意图；
图2是本发明第二种微纳梯形槽阵列结构示意图；
图3是本发明第三种微纳梯形槽阵列结构示意图；
图4是本发明第一种微纳梯形槽结构示意图；
图5是本发明第二种微纳梯形槽结构示意图；
图6是本发明第三种微纳梯形槽结构示意图。
具体实施方式
本发明保护的是一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，首先先对光伏玻璃进行预加工，使得光伏玻璃的表面形成微纳梯形槽阵列结构，再对光伏玻璃进行化学改性，形成超疏水表面；超疏水表面就是通过表面微纳复合结构与低表面能物质结合获得该性能，本发明中微纳复合结构即是微纳梯形槽阵列结构，低表面能物质包括但不限于氟硅烷、带长碳链硅烷类和含氟硅烷类。
微纳梯形槽具体的阵列方式，即梯形槽如何布置，可以有很多种形式，本实施例给出三种布置方式，如图1、图2、图3所示，不限于上述的布置方式。
如图1所示，第一种为线性阵列结构，所述线性阵列结构为中间设置若干个竖向梯形槽，两侧设置若干个横向梯形槽，竖向梯形槽中梯形槽较宽一端设置在上端，横向梯形槽中梯形槽较宽一端设置在靠近竖向梯形槽的一端。优选地，竖向梯形槽的数量可以为四个，两侧横向梯形槽的数量为每侧各七个；线性阵列结构的自清洁的路径如下：液滴从梯形槽中较宽一端向较窄一端移动，因此，线性阵列结构使得液滴沿着中间通道和两侧通道三个方向移动，带走灰尘，实现自清洁。
如图2所示，第二种为发散式阵列结构，若干个梯形槽组成一个太阳形状，若干个梯形槽中较宽一端组成圆形，若干个梯形槽中较窄一端均向外发散；发散式阵列结构的自清洁的路径如下：液滴从梯形槽较宽一端向较窄一端移动，因此，发散式阵列结构使得液滴从里向外方向散射式移动，带走灰尘，实现自清洁。
如图3所示，第三种为螺旋式阵列结构的一种方式，螺旋式阵列结构可以是若干个小梯形槽按螺旋状形式放置，整体构成螺旋式阵列结构；也可以是如图3中一个梯形槽设置成螺旋状形式，以梯形槽中较宽一端为起点，梯形槽为螺旋形式放置；螺旋式阵列结构的自清洁的路径如下：液滴从梯形槽较宽一端向较窄一端移动，因此，螺旋式阵列结构使得液滴从里向外方向螺旋式移动， 带走灰尘，实现自清洁。
本发明中微纳梯形槽阵列结构中的梯形槽也可以有多种形式，本实施例给出三种结构，如图4、图5、图6所示，不限于上述的布置方式。图4中梯形槽为梯形上下两个面宽度比左右两个面宽度略长的长条形结构，梯形槽左右两个面宽度比例可以为1:2；图5中梯形槽是由若干个小梯形槽组成的一个长条形梯形槽结构，所述的小梯形槽的左右两个面宽度比例可以为1:1.5；图6中的梯形槽为左右两个面是半圆形的梯形槽结构，梯形左右两个面圆直径比例可以为1:2。
本发明中涉及的对光伏玻璃进行预加工，是为了得到超疏水表面微纳复合结构，超疏水表面微纳结构制备方法：首先，采用超快激光加工、微细铣削加工及微纳热压印等方法，在光伏玻璃表面上，大面积制备微纳梯形槽阵列；其次，采用低表面能物质，如氟硅烷，对微纳织构化的光伏玻璃进行化学改性，获得超疏水表面。对光伏玻璃进行预加工的方法包括但不限于超快激光加工方法、微细铣削加工方法和微纳热压印加工方法；所述超快激光加工方法包括如下步骤：
步骤1）：将所述光伏玻璃固定于加工平台上；
步骤2）：设置紫外皮秒激光参数，皮秒激光束与玻璃材料互相作用，三维移动平台通过数控代码改变激光束的运动轨迹，获得所述梯形槽结构；
所述步骤2）中，所述紫外皮秒激光参数分别为：平均功率：5~10W，重复频率：500~800kHz，扫描速度：0.5~2m/s。
所述步骤1）中，所述加工平台还可选用包括但不限于微铣削加工方法及微纳热压印加工方法。
作为一种可能的实施方式，微细铣削加工方法步骤如下：
步骤1）：将所述光伏玻璃工件固定于微加工平台上；
步骤2）：设置数控系统的刀具切削角度为20°~40°、主轴转速为10000r/min~30000r/min、背吃刀量为2μm ~ 8μm、进给速度0.05mm/s~0.2mm/s等微加工参数，数控系统可以改变刀具运动轨迹，刀具切除材料，获得微纳梯形槽阵列结构；
作为一种可能的实施方式，微纳热压印加工方法步骤如下：
步骤1）：采用紫外刻蚀、机械微加工的方法制备热压印模具；
步骤2）：设置热压印模具温度400~600℃，将热压印模具和工件材料加热到玻璃化温度以上，使得模具和工件材料到达高弹态和粘流态。
步骤3）：设置热压印模具压强10~60kPa，热压材料被带有图案的模具所压，减小工件材料填充模板中的空腔。
步骤4）：加工过程持续一段时间后，热压印模具和工件材料被冷却到玻璃化温度以下，工件材料又会固化成型；再进行脱模，获得微纳梯形槽阵列结构。
超疏水表面上的液滴定向自发运动清洁过程如下：超疏水表面降低光伏玻璃对液滴的吸附力，在微小的驱动力的作用下，液滴以较高的速度移动；所述的驱动力可以由表面张力差、表面自由能梯度或拉普拉斯压力梯度而产生；与此同时，利用微纳梯形槽阵列结构轨道作为有效的重力势垒决定液滴运动路径，在超疏水表面上，液滴沿着微纳梯形槽阵列结构轨道进行定向运动，移除灰尘，进行自清洁。
采用氟硅烷对光伏玻璃进行化学改性，获得超疏水表面，不限于下述的化学改性方式，低表面能物质还可以为带长碳链硅烷类或含氟硅烷类。所述的化学改性方式包括如下步骤：
步骤1）：将氟硅烷与无水酒精按照质量比1:20~1:60进行配比，再进行搅拌1~2小时；
步骤2）：在50~80℃下，将上述步骤1）中预加工后的光伏玻璃浸泡在s1溶液中1~2小时；
步骤3）：取出后，100℃~120℃环境下烘干1~2小时，即可获得超疏水表面玻璃。
在改善光伏玻璃表面润湿特性的同时，尽量预留较大的相邻梯形槽之间的间距，使得光伏玻璃保持高透光性。为了保持光伏玻璃的透光性，梯形槽间距设置为2W ~ 5W μm，其中，W为梯形槽较宽一端的宽度。脉冲激光刻蚀后，玻璃表面出现熔渣，导致玻璃的透光性能下降。当相邻梯形槽之间的间距处于一定值时，未加工区域基本上无熔渣，同时，也防止脉冲激光热量堆积引发的表面崩裂现象，该部分区域的透光率与未激光加工的玻璃光学性能基本相同，使得光伏玻璃保持高透光性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：对光伏玻璃进行预加工，所述的预加工的方法为超快激光加工方法，所述超快激光加工方法包括如下两步骤：首先，将所述光伏玻璃固定于加工平台上；再设置紫外皮秒激光参数，通过皮秒激光束与玻璃互相作用，加工平台通过数控代码改变激光束的运动轨迹，形成微纳梯形槽阵列结构；所述的微纳梯形槽阵列结构为线性阵列结构、发散式阵列结构或螺旋式阵列结构；
S2：利用低表面能物质对光伏玻璃进行化学改性，获得超疏水表面；在超疏水表面上，液滴沿着微纳梯形槽阵列结构轨道进行定向运动，移除灰尘，进行自清洁。
2.根据权利要求1所述的一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其特征在于：所述紫外皮秒激光参数设置为：平均功率：5~10W，重复频率：500~800kHz，扫描速度：0 .5~2m/s。
3.根据权利要求1所述的一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其特征在于：所述线性阵列结构为中间设置竖向梯形槽，两侧设置横向梯形槽，竖向梯形槽中较宽一端设置在上端，横向梯形槽中较宽一端设置在靠近竖向梯形槽的一端。
4.根据权利要求1所述的一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其特征在于：所述低表面能物质为氟硅烷。
5.根据权利要求4所述的一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其特征在于：利用氟硅烷对光伏玻璃进行化学改性，其步骤如下：
s1：将氟硅烷与无水酒精按照质量比1:20~1:60进行配比，再进行搅拌1~2小时；
s2：在50~80℃下，将S1中预加工后的光伏玻璃浸泡在s1溶液中1~2小时；
s3：取出后，100℃~120℃环境下烘干1~2小时，即可获得超疏水表面玻璃。
6.根据权利要求4所述的一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其特征在于：
所述梯形槽间距设置为2W~5W μm，其中，W为梯形槽较宽一端的宽度。
7.根据权利要求1所述的一种光伏玻璃液滴定向自发运动清洁方法，其特征在于：
所述的螺旋式阵列结构是由若干个小梯形槽按螺旋状形式放置。
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