二甲基硅油的光伏新应用

二甲基硅油的光伏新应用

聚光光伏(Concentrating Photovoltaic，CPV)是种新感的太阳能发电技术。聚光光伏发电系统中，高光强的注入将导致高热量(一般入射光的 25% ~ 36%转化成电能)的产生，使得电池温度升高，而温度升高会大大降低电池的输出效率。因此需要对电池进行有效的冷却使用液浸冷却法为电池降温，即直接将太阳电池浸没在绝缘介质中使用，由流动的冷却液体将电池表面的热量带走，可达到有效冷却太阳电池的目的。但是聚光系统长期工作于户外，自然环境中的光、热、氧气以及雨雪风等无刻不在侵蚀系统的各个部分，光伏系统各部分要求有一致的使用寿命，避免因一处损坏而使整个系统瘫痪。为了保证光伏冷却系统的可靠性运行，需要考察高温和强紫外线这两个主要因素对冷却介质的作用。

1、油性质的变化

1.1 过率变化

1）85℃中以实验前硅油为参比液,各实验后硅油为测试液,得到以下光谱透过率曲线。实验时间大于 800h 的硅油在300nm及以下波段透过率急剧下降。在考察时间内由于硅电池对于400nm以前的光谱不响应，所以液浸于硅油中的硅电池人射光没有削减。由于320nm 之前光谱透过率降低即液体的吸收增加，所以减少了入射到电池上的无效光，从而降低电池温度。对于多结聚光电池光谱响应范围扩展到 300~1800nm，用此液体液浸可能会造成微量的入射光损失。

2)150℃中实验中无论硅油中是否有氧气以及是否有电池，在光谱大于 400nm 时透过率都没有降低；从400nm随着波长的降低透过率急速下降，到250nm处甚至只能达到10%。结合85℃实验，可证明氧以及电池并没有增加硅油透过率的衰减,温度则是降低液体透过率的主要因素。耦合实验后的液体降低的比 150℃少，比85℃多由于合实验中液体的温度与 85℃接近可得出紫外线能够促进硅油低波段光谱透过率的降低，且温度升高也能促进透过率的降低。

3）紫外照射时，硅油在无电池加入时，氧的存在对硅油的透过率几乎无影响，有电池时，氧的存在能够促进透过率的降低；无论有无氧存在，电池的存在能够很大程度地促进硅油在低波段光谱的降低，原因可能是高能量的紫外线光子激发了电池表面一些物质，溶入硅油引起了透过率的降低，且在有氧的存在下，这种作用更加强烈。耦合实验紫外照射时间(72h)比紫外实验(120h)短，而耦合实验后硅油透过率下降也比紫外实验要小。所以可知温度和紫外耦合对硅油性质变化没有明显作用。

1.2 红外光谱测试

实验后二甲基硅油特征峰的位置形状都没有变化，尤其是指纹区(指纹区为 1300~650cmˉ1），该区域出现的谱带主要是单键，各种化合物在结构上的微小差异在指纹区都会得到反映的吸收峰几乎重合，只是强度稍有不同，这是测试时加入样品量不同造成的。图中实验后3500cmˉ1附近的凸峰是测试时制作压片的 KBr 没有完全干燥而引入的杂峰，2300cmˉ1附近的峰是Si-H特征峰应该是硅油和 KBr 中微量水形成的。所以,由红外光谱图实验硅油的微观分子结构均未改变。

1.3 电池特性变化

电池电性能测试

如图给出了实验前后液浸电池电性能的变化。实验前后电池开路电压和短路电流变化无规律且幅度都很小，计算得V最大相对变化率为0.0421，最大相对变化率为0.034，可见实验对电池的开路电压和短路电流几乎没有影响，或者说影响很小还不能精确检测。考虑到可能的测试误差，可认为经过以上实验硅电池的电性能没有衰降。这是因为硅油的化学性质稳定，热稳定性也较好，同时硅太阳电池本身也具有很好的物理化学稳定性，所以在本文所用实验条件下电池性能没有明显改变。

2、理论分材

从两方面对二甲基硅油耐候性的实验结果进行解析，其一是物质具有的官能团结构，其二是物质具有的化学键的键能。

硅油中没有活泼基团，所以化学性质很稳定，没有生色团(在紫外和可见光区产生吸收带的基团为生色团，简单的生色团由双键或叁键体系组成)和助色团(本身没有生色功能，但当与生色团相连时，就会发生n一π共轭作用，增强生色团的生色能力，使生色团吸收波长向长波方向移动且吸收强度增加，如一0H、一0R、一NH,、一-NHR、一X 等)，所以在紫外可见光区无吸收。实验后硅油中也无生色团和助色团产生，因此实验后硅油透过率降低的很少，且这部分降低很可能是电池表面物质的微量溶解造成的，而不是硅油本身的问题。

一般键能越高，化学稳定性越高。二甲基硅油具有优良的耐氧化稳定性和耐气候老化性从结构上分析是这样的：因 Si和0的电负性(Si：1.74，O：3.50)差别大，故Si-O键能较大，Si-O接近离子键与SiO2，组成的岩石结构类似这是作为 Si-O-Si链的聚有机硅氧烷具有较好热稳定性的重要原因之一，且硅油分子中无双键，故不易被氧化遇氧和热稳定。实验中，硅油都表现出了良好的耐受性。