船用太阳能电池板玻璃盖片腐蚀损伤效应研究.docx
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船用太阳能电池板玻璃盖片腐蚀损伤效应研究
船用太阳能电池板玻璃盖片腐蚀损伤效应研究.txt单身很痛苦,单身久了更痛苦,前几天我看见一头母猪,都觉得它眉清目秀的什么叫残忍?
是男人,我就打断他三条腿;是公狗,我就打断它五条腿!
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2010年4月第35卷第4期
润滑与密封
LUBRICATIONENGINEERING
Apr.2010V01.35No。
4
DOI:
10.3969/j.issn.0254-0150.2010.04.013
船用太阳能电池板玻璃盖片腐蚀损伤效应研究奎
赵亮亮1’2袁成清h2董从林h2严新平h2
(1.武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所湖北武汉430063;2.武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063)
摘要:
船用太阳能电池板所处的海洋环境极为苛刻,含有大量的盐分、水气及海风中夹杂的酸碱性物质,受这些因素的影响,太阳能电池板玻璃盖片会发牛污染、着色、腐蚀和磨损等,导致玻璃盖片的光学性能衰减和表面损伤。
以船用太阳能电池板玻璃盖片为研究对象,模拟太阳能电池板[作所处的海洋环境,通过海洋环境模拟实验研究海洋环境条件下太阳电池板玻璃盖片的光学性能衰减和表面损伤特征。
结果表明:
太阳能电池板玻璃盖片在人造海水条件下随着实验时问的延长,光谱透过率呈下降趋势;太阳能电池板玻璃盖片的光谱透过率在100—400nm波段时受影响比较大,尤其是随着海水盐度的增加;在20%盐水条件下,玻璃盖片的光谱透过率及表面腐蚀出现较大的波动,并随着盖片被污染、腐蚀的程度而加剧。
关键词:
太阳能电池板;海洋环境;腐蚀;磨损中图分类号:
TB304文献标识码:
A文章编号:
0254—0150(20m)4—058—4
Research
on
CorrosionDamageEffects
on
Cover
GlassofSolarCellinShip
ZhaoLianglian91,2YuanChengqin91’2DongConglinl?
2YanXinpin91?
2(1.ReliabilityEngineeringInstitute,WuhanUniversityofTechnology,WuhanHubei430063,China;
2.MarineEngineeringTechnologyTransportationlndustryLaboratory,
WuhanUniversityofTechnology,WuhanHubei430063,China)
Abstract:
Theenvironmentofmarinesolarpanelsisveryrigorous,whichc眦providelargeamountsofwater,saltandotherimpurities.Affectedbythesefactors,thesolarpanelswillbepolluted,shaded,corrodedandoptical
attenuation
abrased,resulting
in
the
andsurfacedamageofthe
cover
glass
ofsolarcell.Theopticalattenuationregularityandsurfacedamage
re—
charactersofthe
cover
glass
ofInal-inesolarpanelswe南investigatedthroughthesimulationofmarineenvironment.Theglassofsolarcellissubmergedintheartificial
sea
suitsshowthatwhenthe
tance
cover
water
condition,thespectraltransmit—
cover
decreaseswiththeincreaseofexperimentaltime.Thespectraltransmittanceofthe
a
glassofsolarcell
is
influ?
encedsignificantwithin
fion
wavelengthrangeof100
to
400am,especiallywiththeincreaseofthesalinity.Underthecondi-
covercover
of20%salinity,thespectraltransmittanceandsurfaceerosionofthe
glassd舾s.
appearlargefluctuation,furthermore
aggravate
withtheincreaseofthedegree
of
pollutionand
corrosion
ofthe
Keywords:
solar
panels;nicheenvironment;corrosion;abrasion池、太阳能、风能以及波浪能等零污染或可再生能源,为船上设施提供能量,完成船舶的操作。
太阳每秒钟辐射到地球表面的能量约为17万亿kW,相当于目前全世界一年能源总消耗量的3.5万倍。
太阳能作为一种分布广泛、取之不尽、用之不竭的无污染清洁
随着石油资源的枯竭和环保要求的不断提高,绿色船舶已成为未来船舶发展的方向,其中新型能源推进船舶最具有革新性和代表性,它将充分利用燃料电
基金项目:
2009年度湖北省信息产业专项资金项目;武汉市青年科技晨光计划项目(201050231043).收稿日期:
2009一ll—ll作者简介:
赵亮亮(198l一),男。
硕士研究生,主要从事现代轮机管理技术研究.E—mail:
000430309@sina.COnL通讯作者:
袁成清(1976一),男,博士,副教授,目前主要从事摩擦学及机械状态监测方面的研究.E—mail:
ycq@whut.edu.
能源,大大优于风能、水能、生物能等其他可再生能源,是人类社会可持续发展的首选能源…。
太阳能通过设置在船上的太阳能电池板等装置获得,并可通过调整电池板与入射太阳光的角度以获得更多的太阳能,太阳能将被转换为电能直接应用或储存起来。
船用太阳能主要以太阳能光伏发电系统为主,光伏电池是太阳能光伏发电系统中的基本核心部件。
目前,太
万方数据
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赵亮亮等:
船用太阳能电池板玻璃盖片腐蚀损伤效应研究
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阳能发电系统主要使用带有白色玻璃的表面衬底型的结晶系太阳电池板。
太阳能电池板主要由价格昂贵的单晶硅、多晶硅、砷化镓等半导体材料制成,在太阳能电池板外面黏贴的是玻璃盖片层,这些高透光率的玻璃盖片用硅橡胶与太阳能板(半导体材料)层压在一起,太阳能电池板玻璃盖片对太阳能电池起防护作用。
太阳能光伏发电系统的核心是半导体硅片的光电转换效率B。
3o。
然而光电转换效率不仅取决于半导体硅片材料自身的光电转换效率,还与太阳能电池板玻璃盖片的光谱透过率息息相关。
光谱透过率下降,太阳能电池板的光电转换效率必然下降。
由于船用太阳能电池板所处的海洋环境极为苛刻,含有大量的盐分、水气及海风中夹杂的酸碱性物质,受这些因素的影响,太阳能电池板玻璃盖片会发生污染、着色、腐蚀和磨损等,导致玻璃盖片的光学性能衰减和表面损伤。
因此研究海洋环境条件下太阳电池板玻璃盖片的光学性能衰减规律和表面损伤特征具有重要意义,为提高船用太阳能电池板的可靠性和太阳能系统的效率提供参考依据。
1实验方法和手段1.1实验方法海洋环境的特殊性主要体现在含有大量的盐分、水雾、温度,还有不断变化的海风,因此海洋环境的模拟主要体现在对这四者的模拟,可以通过调制人工海水,加热产生水雾和人工风道的设置在实验室实现该环境的模拟。
其次在实验室海洋环境模拟系统上开展对太阳能电池板玻璃盖片的环境实验,获得大量的海洋环境影响因素下的实验数据,通过对这些数据的分析,获得太阳能电池板玻璃盖片光学性能损伤的变化规律。
1.2实验手段(1)在自行设计的实验室系统上完成太阳能电池板玻璃盖片的海洋环境实验;(2)采用分光光度计比较分析实验前后各因素作用下玻璃盖片光谱透过率的变化规律;(3)对玻璃盖片表面,用带图像采集系统的普通光学显微镜来分析,获得玻璃盖片表面的损伤特征。
2实验仪器及实验过程
2.1
相显微镜(带图像采集系统的普通光学显微镜)。
2.2实验过程
2.2.1
海水配置
在蒸馏水溶液中加入NaCI和碳酸氢钠,NaCI调整水的盐度,碳酸氢钠调整水的pH值。
因为天然海水的pH值经常稳定在7.9—8.4之间,未受污染的海水pH值在8.0~8.3之间,也就是说,海水的PH值相应地稳定在8.0—8.5之间,因此调整模拟海水的pH值为8.2。
.
世界大洋的平均盐度为3.5%,海水盐度因海域所处位置不同而有差异,主要受气候与大陆的影响。
船用玻璃盖片因所处的环境特殊,当有海水溅到玻璃盖片表面,海水的盐度即为所处海域的海水盐度,随着太阳的辐射,水分会蒸发,盐度因此也会改变。
由于影响盐度的因素有降水、蒸发等,所以船用太阳能玻璃盖片所受到海水的盐度影响并不是单一的,同时为了加速模拟实验,为此本实验作者分别配置了5类不同浓度的溶液,分别是自来水,含盐量3.5%,5%,10%和20%的海水。
每类一个容器,同时放入20片玻璃盖片,每4天取一次试样。
2.2.2光学性能测试分光光度计主要测定仪器所接收的发射光的光强百分比,在光谱透过率测定时,仪器默认光线穿过空气后可接收到的发射光强为100%,被完全遮挡后接收到的光强为0。
发射光穿过材料后到达接收系统的光强百分比即为材料在研究中相应波长的透过率。
实验中采用仪器为HACHDR/4000U型紫外及可见光分光光度计。
测定玻璃盖片的光谱透过率。
实验所测量的波长范围为190—700nm,参比样为空白,以1am的步长扫描透射率曲线或吸光度曲线。
(1)表面形貌分析对玻璃盖片表面,用带图像采集系统的普通光学显微镜即OlympusBx51M系统金相显微镜来分析,获得玻璃盖片表面的损伤特征。
(2)实验数据记录主要记录由分光光度计得出的各种情况下玻璃盖片的光谱透过率,以及记录下用带图像采集系统的普通光学显微镜拍下的玻璃盖片表面的损伤特征。
2.3实验结果及讨论当入射光波长在200~760nm范围内变化时,由测试试样得出了玻璃盖片在各种浓度溶液下的光学透过率,经过分析发现,在100—400nm波段,光学透过率的变化最大,在400—760nlll波段光学透过率有下降趋势,但下降幅度不大。
为此重点比较了在短波范围内(200—400nm),玻璃盖片的透过率随海水盐度变化的规律。
图1显示的是入射光波长约为330
am
实验材料和仪器实验材料:
为平板状玻璃盖片,玻璃盖片的平板
nLrn×11.5
尺寸为44.0
mmo
mm,玻璃盖片厚度为5.8
DR/4000USpeetro-
光学性能测试仪器:
HACH
photometer(紫外及可见分光光度计)。
显微表面观察分析仪器:
Olympus
Bx51
M系统金
万方数据
润滑与密封
第35卷
时测得的玻璃盖片光谱透过率。
图中横坐标即为取样时间,总共7次,每4天取一次试样,第7次即为第28天时的试样。
可见,5种浓度情况下,光谱透过率都有所改变,但未表现出明显规律。
在自来水和3.5%盐水的条件下,玻璃盖片7次取得的试样基本保持在100%的透过率;在5%和LO%盐水条件下,盖片试样的光学透过率都有轻微下降,但不明显;而在20%盐水条件下,盖片试样的光学透过率下降比较明显,透过率均值在90%左右。
玻璃盖片的光学透过率的最大变化在短波范围内,在20%的盐水条件下,随着时间的变化,光学透过率下降约10%,可能是由于玻璃盖片发生污染、着色及腐蚀,而造成透过率有所下降。
而在可见光
+自来水+3.5%盐水—+~S%盐水*10%盐水《卜20%盐水
m惦帅帖如髓鲫臀加
400
am以上的透过率趋势在各种情况下相类似,变图2是不同浓度下28天后玻璃盖片表面的显微
化的趋势相一致,基本都保持在100%左右。
图l
FigI
入射光波长约为330nm的光谱透过率
Spectratransmittancewhentheincidentlightwavelengthisabout330
nm
镜图像。
图2不同浓度下28天后玻璃盖片表面的显微镜图像
Fig2Microscopyimagesof
cover
gIa88surfaceunderdifferentconcentrationsafter28days
用带图像采集系统的普通光学显微镜观察玻璃盖片表面的颜色、污染、附着和腐蚀总体特征,其中3.5%盐水和5%盐水图片上基本和未试验的样本一样,在此没有列出。
从图2可以很容易看出,在自来水和10%盐水溶液中,玻璃盖片表面有少许的黑点,而在20%盐水溶液中,玻璃盖片表面出现了许多黑斑,作者认为在此种情况下,玻璃盖片可能发生了污染、腐蚀等影响。
在20%盐水溶液的影响下,玻璃盖片不仅光学透过率下降比较明显,透过率均值在90%左右,下降约10%。
而且由光学显微镜观察玻璃盖片表面发现了较多的黑斑,此种现象表明随着盐’水浓度的增加,玻璃盖片受到盐水的腐蚀也随之加剧。
由于玻璃的内部是比较空旷的,即玻璃网络结构内有很大空隙¨1。
因此,当玻璃与侵蚀介质接触时,介质的某些分子或离子能从玻璃表面进入内部与玻璃内部的某些
万方数据
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赵亮亮等:
船用太阳能电池板玻璃盖片腐蚀损伤效应研究
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离子进行交换或者同玻璃结构网络进行反应”1。
玻璃表面腐蚀过程可以理解为表面的硅酸盐与水或空气中的水分发生水解反应,形成苛性碱和硅酸凝胶。
前者可溶于水中,而后者则留在玻璃表面上形成一层薄膜。
光学玻璃在抛光后或者在运转过程中,其表面会出现不规则的薄膜点状或线状的斑痕,这种现象都是受环境作用引起的破坏所致,即玻璃受水、酸、碱或其他介质侵蚀之结果,称为玻璃的腐蚀。
水、酸、碱对玻璃的作用是十分复杂的,各种酸、碱、盐的水溶液对玻璃发生破坏作用时,都是水先与玻璃表面起反应。
然后其他酸、碱、盐的存在加速了玻璃的溶解和腐蚀。
船用太阳能电池板所处的海洋环境极为苛刻,
污染、腐蚀的程度而加剧。
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HuangFeIlg,ChenRnirun,GuoJingjie,eta1.ResearchandDe-
velopmentStatusofSiliconMaterialsforCasting&Nonferrous
恰好能提供大量的水分、盐分及其他一些杂厨6。
¨,
受这些因素的影响,太阳能电池板玻璃盖片会发生污染、着色、腐蚀和磨损等,从而导致玻璃盖片的光学性能衰减、退化。
作者仅展示了28天实验的研究结果,后续的长时间实验正在进行之中,作者将及时报告新的研究进展。
3结论
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(1)太阳能电池板玻璃盖片在人造海水条件下随着实验时间的延长,光谱透过率呈下降趋势。
(2)太阳能电池板玻璃盖片的光谱透过率在nm波段时受影响比较大,尤其是随着海水盐度的增加;在20%盐水条件下,玻璃盖片的光谱透过率及表面腐蚀出现了较大的波动,并随着盖片被(上接第96页)
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万方数据
船用太阳能电池板玻璃盖片腐蚀损伤效应研究
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
赵亮亮,袁成清,董从林,严新平武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所,湖北武汉,430063;武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室,湖北武汉,430063润滑与密封LUBRICATIONENGINEERING2010,35(4)
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(2)
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