2015年9月8日中国能源峰会在北京顺义国展新馆举行，3M中国有限公司可再生能源部的朱小庆在2015中国光伏技术与装备论坛上做了题为“3M关于光伏组件防尘解决方案”主题演讲。
3M中国有限公司朱小庆先生正在演讲
以下是演讲实录：
朱小庆：今天我讲的内容是关于组件的防灰，组件使用的过程当中有一个很大的问题，大家可能都有意识到，是灰尘的问题。这是今天大致的内容。首先，介绍一下我们公司，我来自3M中国有限公司，3M公司总部是在美国的明州，成立于1902年，3M是非常注重研发和创新的一个公司，我们每年把超过销售额的5%的经费用于研发，第二、在可再生能源这一块，首先在中国是很大的一个市场，所以3M在中国也投入了很大的资源用于本土的研发和市场。
3M在太阳能上的解决方案，这里列举了我们主要的方案。第一、刚性组件，主要还是在晶硅组件，产品相对多一些，后面会有解剖图做详细的介绍。柔性组件我们也提供有解决方案，像在CIGS组件3M也有相关解决方案。另外，光热组件我们有一些对应产品。但是，总的来讲，最主要部分还是在晶硅的刚性组件，这是我们在晶硅组件上面一个整体的解决方案。大家可以看到，我们提供的可能除了玻璃的本身，焊带，金属边框这些比较无机的材料外，其他材料我们都有提供，或者提供对应的解决方案。
今天我们主要讲的内容在图中功能涂层这一块。关于光伏组件的安装，截止全球2014年整个安装量超过180多GW，到2015年200GW应该是非常轻松的。其中在中国的安装，我们可以看一个数据，右边表格是从国家能源局摘取的今年3月份公布的数据，中国各省的安装量上，前几大安装省份，甘肃、青海、内蒙古，如果把新疆跟兵团加上去，可能第三名会是新疆，但是总体排名变化不会特别大，基本上是这样一个排序。大家可以看到，我们拿中国的安装来举例，实际安装的这些区域来讲，可以看到，前几大安装省份上分布式首先是比较少的，而地面电站基本上都在比较偏远，比较荒凉一些的地方，结合当地的地理环境，那些地方相对来说通常风沙比较大，我们去电站实际查看的话，也可以看出来，如果维护的比较好的，或者清洗的频率比较高的，可能组件表面看起来还比较洁净。有些如果清洗的频率比较低的电站或者是当地比较缺水的电站，外面可以看到比较明显的积灰。
关于对灰尘这块的影响，我们选取了一些电站中组件的照片，大家可以看到一些积灰的实际情况，上面图是实验的数据，左上方那个表格是根据积灰的程度，现在我们讨论积灰，基本以积灰的密度作为积灰的程度来讨论，单位是克/平米，横坐标是积灰的密度，纵坐标是关于透光率的影响，研究了不同积灰密度对于540nm及720nm光的透过影响，右边的图是以不同的类型的灰分，研究的不同灰分在不同积灰密度下对于透过率影响的一个比较。通过这些研究可以发现灰尘对于前板的透光率影响还是非常大的。
下面是也是摘取文献中的数据，组件实际户外的数据，不过一些是类似实验性质的，时间有长有短，两周的也有，一个月或几个月的也有，还有更长时间，最后的比较是Isc的变化。横坐标包含的内容比较多，有安装的角度，除了带追踪器，可能没有这个考虑；前板也涉及很多材料，现在对于前板有很多不同材料的考量，但是其实现在看上去，对比与玻璃，可能效果都不是那么好，对防灰可能是更不好的选择。
回到这张图，看到不同的组件，在一定时间段使用后，电流下降的比例有些是非常惊人的，可以看到高可能能达到40%，这其实是非常大的一个发电损失。
影响积灰的因素有很多。第一、组件的安装，它的朝向和安装角度，安装角度肯定越垂直，积灰更不容易，如果是平装的，像屋顶是最容易积灰的，右边这个图，列举了一下研究的文献里面提到的不同的安装角，不同的安装朝向对于积灰的影响，可以看到大概的差别。另外，系统的安装形式，类似追踪器的效果，不管单轴还是双轴，文献里面提到两个方面，追踪系统本身积灰可能更严重一点，但是这一块可能还要进一步研究。另外，追踪器系统，可能对于防灰有一些帮助的，比如类似沙尘暴的时候，可以把组件的朝向做一些变化，如果到晚上，也可以把组件的方向做一个变化，这样晚上基本上会没有积灰。环境因素上，有些环境沙尘特别大，肯定对于积灰影响比较大；而湿度，在一定程度上能使灰尘更加密实，是不利的影响。
改善积灰这一块，针对与我们看到的一些实际的情况，追踪器的系统，就是在出沙暴的时候做一个处理，或者晚上的时候做一个处理能改善积灰。前板的材料也有很多研究者做了相关的研究，不过现在看上去应该没有找到比玻璃更合适的解决方案。另外，前板的功能涂层，我相信大家可能也听过类似的方案，这也是我们今天要介绍的主要内容。当然，这里面提到积灰的解决方案，其实不是矛盾，不是只选取其中一个，就不需要别的，其实可以有机的结合在一起。
这里展示的我们3M公司核心的技术平台，我们研发也是基于这些核心平台开展的，中央实验室以及各部门实验室会根据单个或多个核心平台的技术来开发新产品。基于防灰我们的对于能用到的技术平台是比较多的，这些潜在的方案给我们提供很多的可能性，我们真正做新产品的时候可能不会把全部技术平台用到一起，但是会选取最可行，最有经济性的方案来进行。我们为什么会做组件防灰的功能涂层，一方面对于太阳能，是我们可再生能源部门很重要的一个部分，我们也有很充分的认识，另外我们公司内部也做过很多类似的功能涂层，包括减反涂层，抗污的涂层，也有很多商业化的产品在应用，所以通过借鉴其他的产品以及基于我们对于组件防灰的认识开发了这款防灰的涂层。
这里是介绍的是我们对于积灰的理解，第一个是自然的附着，即扬沙在重力作用下沉积在组件上，下面提到的吸附沉积也是很大一部分，类似颗粒的摩擦，会带有一些静电，静电可以促使灰分更容易累积在组件前板上也会让灰分更难去除。灰分的类型上，西部电站涉及到的化学物质相对比较少，但是工业区就会涉及到很复杂的灰分。组件表面有了灰分也会发生表面形态的变化。清洁主要有两个部分，一个是自然的风吹，还有雨的清洗的作用，另外就是人工维护。下面谈到我们设计产品，很难说设计一款产品，让它适用于所有的范围，适用于所有的应用，所以对于我们设计第一代的产品来讲，主要是中间的这一块，我们适用的特点，更倾向应用于比较干燥，自然灰尘比较大的地方。右边是我们做的一些样件及案例，后面有更多的数据的分享。
下面介绍一下我们防尘功能的原理。第一、纳米结构，能够让灰尘接触的面积更少一些，比如面积有些东西贴覆在一起，如果非常平整，接触的面积会比较大，如果是微观粗糙，结合的面积就会比较小。第二、亲水，就是我前面讲的静电问题，静电很容易导致一些加剧吸附的作用，如果表面有很好的亲水性，能更好的消除静电。第三、超亲水表面，玻璃表面如果非常亲水，类似像图中这种接触角，在有水在这个表面时会更容易把灰带走。
接下来介绍一些我们实际的户外案例。第一部分，我们自己在研发中心的屋顶做的一个小型的电站，包括有一些数据的收集系统。两种类型的组件，一个是基准的组件，没有抗灰的涂层，另外一组组件使用抗灰涂层，原始电参数数据比较类似的情况下，可以看到发电的差异，有防灰功能涂层的组件发电基本在基准组件的2%以上。不过这个应用，因为我们的研发中心在上海，这个工况其实相对来说不是一个我们最推荐的一个工况，不过即使应用于这样的工况下，我们也看到了比较大的发电的增益。
第二个案例，我们使用玻璃进行比较，三种玻璃，一个是空白的玻璃，还有另外一种镀膜的，以及使用3M防灰涂层在户外放置一段时间，研究透光率的变化。我想讲的第一个部分，就是标示在这里的，是一个少雨的阶段，其实灰相当于不断的累积，一直累积，上面3M防灰涂层，跟另一个涂层以及空白样品相比差别还是很明显，大概有3%的差异，这个时间基本上放置了一两个月左右的时间。
接下来这张图，展示了我们前面提到很多的亲水性的作用，标示这个过程经历一场比较大的雨，我们采集数据的时候，很多灰都被雨水清走了，但是即使在这样的情况下还是有差异的。使用3M涂层的玻璃感觉表面还是比较洁净，这个是我们在一个实际的屋顶的项目上采的图，分成两边，左右两边用不同的。左边是使用3M涂层做的项目，可以看到在一段时间以后，屋顶其实基本没有清洗，自然降雨的清洗过程更多一些。可以看到左边的使用3M涂层的玻璃相对比较洁净，右边的玻璃脏污还是比较严重。
第三个案例，是我们跟沙特的一个大学做的一个合作研究，把3M的防灰功能涂层应用到一批组件上并和空白组件做一个对比，那边的环境相对来说更类似沙漠类型特点，气候比较干燥，灰也比较大。从数据来，数据收集有将近一年的时间，比较起伏，但是基本上平均值也差不多有2.5%这样的水平。
所以总的来说，3M的防灰涂层在实际的户外情况下是能看到比较明显的防灰效果的。
我今天讲的内容主要就是这些，我们也很希望，这个是一个我们比较新的一个产品，我们希望跟包括组件制造商、运维方，或者电站的拥有者一起做更多工作去更多的了解这个产品并验证这个产品。我们现在可以看到，像组件制造商，在提高组件的功率，或者电池效率上做了很多的工作，但是一个不容忽视的问题，在电站应用中，可能一层积灰，就把所有工作和努力都抹煞掉了，所以这一块还是值得大家重视的，谢谢大家!
主持人：谢谢3M资深工程师的精彩演讲，大家感谢他。
