二甲基硅油的光伏新應(yīng)用

聚光光伏(Concentrating Photovoltaic，CPV)是種新感的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)。聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)中，高光強(qiáng)的注入將導(dǎo)致高熱量(一般入射光的 25% ~ 36%轉(zhuǎn)化成電能)的產(chǎn)生，使得電池溫度升高，而溫度升高會(huì)大大降低電池的輸出效率。因此需要對(duì)電池進(jìn)行有效的冷卻使用液浸冷卻法為電池降溫，即直接將太陽(yáng)電池浸沒(méi)在絕緣介質(zhì)中使用，由流動(dòng)的冷卻液體將電池表面的熱量帶走，可達(dá)到有效冷卻太陽(yáng)電池的目的。但是聚光系統(tǒng)長(zhǎng)期工作于戶外，自然環(huán)境中的光、熱、氧氣以及雨雪風(fēng)等無(wú)刻不在侵蝕系統(tǒng)的各個(gè)部分，光伏系統(tǒng)各部分要求有一致的使用壽命，避免因一處損壞而使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。為了保證光伏冷卻系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行，需要考察高溫和強(qiáng)紫外線這兩個(gè)主要因素對(duì)冷卻介質(zhì)的作用。

1、油性質(zhì)的變化

1.1 過(guò)率變化

1）85℃中以實(shí)驗(yàn)前硅油為參比液,各實(shí)驗(yàn)后硅油為測(cè)試液,得到以下光譜透過(guò)率曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)間大于 800h 的硅油在300nm及以下波段透過(guò)率急劇下降。在考察時(shí)間內(nèi)由于硅電池對(duì)于400nm以前的光譜不響應(yīng)，所以液浸于硅油中的硅電池人射光沒(méi)有削減。由于320nm 之前光譜透過(guò)率降低即液體的吸收增加，所以減少了入射到電池上的無(wú)效光，從而降低電池溫度。對(duì)于多結(jié)聚光電池光譜響應(yīng)范圍擴(kuò)展到 300~1800nm，用此液體液浸可能會(huì)造成微量的入射光損失。

2)150℃中實(shí)驗(yàn)中無(wú)論硅油中是否有氧氣以及是否有電池，在光譜大于 400nm 時(shí)透過(guò)率都沒(méi)有降低；從400nm隨著波長(zhǎng)的降低透過(guò)率急速下降，到250nm處甚至只能達(dá)到10%。結(jié)合85℃實(shí)驗(yàn)，可證明氧以及電池并沒(méi)有增加硅油透過(guò)率的衰減,溫度則是降低液體透過(guò)率的主要因素。耦合實(shí)驗(yàn)后的液體降低的比 150℃少，比85℃多由于合實(shí)驗(yàn)中液體的溫度與 85℃接近可得出紫外線能夠促進(jìn)硅油低波段光譜透過(guò)率的降低，且溫度升高也能促進(jìn)透過(guò)率的降低。

3）紫外照射時(shí)，硅油在無(wú)電池加入時(shí)，氧的存在對(duì)硅油的透過(guò)率幾乎無(wú)影響，有電池時(shí)，氧的存在能夠促進(jìn)透過(guò)率的降低；無(wú)論有無(wú)氧存在，電池的存在能夠很大程度地促進(jìn)硅油在低波段光譜的降低，原因可能是高能量的紫外線光子激發(fā)了電池表面一些物質(zhì)，溶入硅油引起了透過(guò)率的降低，且在有氧的存在下，這種作用更加強(qiáng)烈。耦合實(shí)驗(yàn)紫外照射時(shí)間(72h)比紫外實(shí)驗(yàn)(120h)短，而耦合實(shí)驗(yàn)后硅油透過(guò)率下降也比紫外實(shí)驗(yàn)要小。所以可知溫度和紫外耦合對(duì)硅油性質(zhì)變化沒(méi)有明顯作用。

1.2 紅外光譜測(cè)試

實(shí)驗(yàn)后二甲基硅油特征峰的位置形狀都沒(méi)有變化，尤其是指紋區(qū)(指紋區(qū)為 1300~650cmˉ1），該區(qū)域出現(xiàn)的譜帶主要是單鍵，各種化合物在結(jié)構(gòu)上的微小差異在指紋區(qū)都會(huì)得到反映的吸收峰幾乎重合，只是強(qiáng)度稍有不同，這是測(cè)試時(shí)加入樣品量不同造成的。圖中實(shí)驗(yàn)后3500cmˉ1附近的凸峰是測(cè)試時(shí)制作壓片的 KBr 沒(méi)有完全干燥而引入的雜峰，2300cmˉ1附近的峰是Si-H特征峰應(yīng)該是硅油和 KBr 中微量水形成的。所以,由紅外光譜圖實(shí)驗(yàn)硅油的微觀分子結(jié)構(gòu)均未改變。

1.3 電池特性變化

電池電性能測(cè)試

如圖給出了實(shí)驗(yàn)前后液浸電池電性能的變化。實(shí)驗(yàn)前后電池開(kāi)路電壓和短路電流變化無(wú)規(guī)律且幅度都很小，計(jì)算得V大相對(duì)變化率為0.0421，大相對(duì)變化率為0.034，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)電池的開(kāi)路電壓和短路電流幾乎沒(méi)有影響，或者說(shuō)影響很小還不能精確檢測(cè)。考慮到可能的測(cè)試誤差，可認(rèn)為經(jīng)過(guò)以上實(shí)驗(yàn)硅電池的電性能沒(méi)有衰降。這是因?yàn)楣栌偷幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性也較好，同時(shí)硅太陽(yáng)電池本身也具有很好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，所以在本文所用實(shí)驗(yàn)條件下電池性能沒(méi)有明顯改變。

2、理論分材

從兩方面對(duì)二甲基硅油耐候性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解析，其一是物質(zhì)具有的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，其二是物質(zhì)具有的化學(xué)鍵的鍵能。

硅油中沒(méi)有活潑基團(tuán)，所以化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，沒(méi)有生色團(tuán)(在紫外和可見(jiàn)光區(qū)產(chǎn)生吸收帶的基團(tuán)為生色團(tuán)，簡(jiǎn)單的生色團(tuán)由雙鍵或叁鍵體系組成)和助色團(tuán)(本身沒(méi)有生色功能，但當(dāng)與生色團(tuán)相連時(shí)，就會(huì)發(fā)生n一π共軛作用，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力，使生色團(tuán)吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)且吸收強(qiáng)度增加，如一0H、一0R、一NH,、一-NHR、一X 等)，所以在紫外可見(jiàn)光區(qū)無(wú)吸收。實(shí)驗(yàn)后硅油中也無(wú)生色團(tuán)和助色團(tuán)產(chǎn)生，因此實(shí)驗(yàn)后硅油透過(guò)率降低的很少，且這部分降低很可能是電池表面物質(zhì)的微量溶解造成的，而不是硅油本身的問(wèn)題。

一般鍵能越高，化學(xué)穩(wěn)定性越高。二甲基硅油具有優(yōu)良的耐氧化穩(wěn)定性和耐氣候老化性從結(jié)構(gòu)上分析是這樣的：因 Si和0的電負(fù)性(Si：1.74，O：3.50)差別大，故Si-O鍵能較大，Si-O接近離子鍵與SiO2，組成的巖石結(jié)構(gòu)類似這是作為 Si-O-Si鏈的聚有機(jī)硅氧烷具有較好熱穩(wěn)定性的重要原因之一，且硅油分子中無(wú)雙鍵，故不易被氧化遇氧和熱穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)中，硅油都表現(xiàn)出了良好的耐受性。