隨著技術(shù)的發(fā)展和人類環(huán)保意識的深入，光伏發(fā)電作為綠色能源的一部分，開始得到越來越多的應(yīng)用。然而，在寒冷的北方氣候下，頻繁的降雪往往會對太陽能電池板的正常運轉(zhuǎn)造成極大的影響。

“太陽能電池板在冬天可能會失去80%或90%的發(fā)電能力。因此，找到一種讓它們?nèi)昀^續(xù)發(fā)電的方法是一項令人興奮的挑戰(zhàn)?！泵苄髮W(xué)材料科學(xué)與工程教授阿尼什·圖特哈（Anish Tuteja）表示。

為了解決這個問題，密歇根大學(xué)團隊研發(fā)了一種廉價的透明涂層，可以大幅度減少太陽能電池板上的冰雪堆積，從而顯著提高寒冷氣候下太陽能電池板的生產(chǎn)效率。

相關(guān)研究發(fā)表在Advanced Materials Technology期刊，該論文以《使用具有低界面韌性的疏冰表面降低場內(nèi)太陽能陣列的大規(guī)模積雪》（Facilitating Large-Scale Snow Shedding from In-Field Solar Arrays using Icephobic Surfaces with Low-Interfacial Toughness）為題，圖特哈擔(dān)任通訊作者。

對于太陽能來說，雖然積雪并不會對組件造成破壞，但卻會把電池板完全覆蓋，光照很難穿透厚厚的積雪，這也是光伏組件在冬季面臨的巨大困境。

另一方面，當(dāng)前的太陽能板清掃裝置技術(shù)并不成熟，甚至很多時候不得不依靠人工來對積雪進行處理，耗時耗力不說，還極易對太陽能板造成損害。

此前，有研究團隊內(nèi)設(shè)計了一種附帶除雪裝置的清掃機器人，能夠自主清理太陽能板上覆蓋的積雪。但該機器人行走軌跡的精確度卻很難掌握，再加上昂貴的造價，因此并不具備普適性。

而此次，圖特哈團隊研發(fā)的涂層，主要由聚氯乙烯（PVC）或聚二甲基硅氧烷（PDMS）塑料和硅油或植物油制成，成本低廉。太陽能板在噴刷該涂層后，其面板上的冰雪上會更容易脫落，有效維持的時間甚至長達一年。

據(jù)了解，圖特哈曾在麻省理工學(xué)院攻讀化學(xué)工程，后加入密歇根大學(xué)，研究的重點是使用聚合物來解決可再生能源和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，如超疏油表面、超疏水表面、防冰表面、膜、聚合物納米復(fù)合材料等。

在圖特哈看來，設(shè)計一種可以被動除雪的涂層是一項特殊的挑戰(zhàn)，即使此前他在此方面已有豐富的經(jīng)驗。

“冰相對致密和沉重，我們以前的涂層會利用其自身的重量來讓它自行脫落。但是雪的密度可能比冰小10倍，所以我們完全不確定我們在冰上使用的技巧可以成功轉(zhuǎn)化?！眻D特哈解釋道。

為了尋找到一種最契合的涂層，圖特哈和他的團隊從過去發(fā)明的冰脫落涂層中獲得了靈感，開始關(guān)注“低界面韌性”和“低粘附強度”這兩種特性。

低粘附強度一般依靠的是光滑的表面，換句話說，即太陽能板越光滑，附著力越小，積雪越容易自行脫落。但單獨依靠滑度在小面積上效果很好，如果表面很大，則需要非常大的力才能將冰雪滑下。

對于較大的區(qū)域，需要一種方法來打破冰雪的粘連，這時，低界面韌性就發(fā)揮了作用。

低界面韌性會在冰和面板之間產(chǎn)生裂縫。無論面板的大小如何，它都會沿著面板傳播，從而完全打破冰雪之間的粘附力。這種概念在斷裂力學(xué)領(lǐng)域運用比較廣泛，但直到現(xiàn)在，它還沒有被嘗試用于除雪。

基于這兩種特性，該團隊確定了研發(fā)方向，開始致力于在低粘附強度和低界面韌性之間取得平衡。

他們首先從PVC塑料開始測試，因為它非常堅硬，界面韌性足夠低，在少量植物油的作用下，其表面附著力也降到一個可觀的程度。

除此之外，他們還尋找到了PVC塑料和植物油的替代材料，即PDMS塑料和硅油，可發(fā)揮和其一樣的功效。

通過與阿拉斯加大學(xué)的合作，該團隊得以在在阿拉斯加費爾班克斯的太陽能場上測試該涂層材料。測試表明，“涂層板在整個冬季的平均冰雪覆蓋率約為28%，而未涂層板的平均冰雪覆蓋率約為59%。”

圖特哈說，“如果我們能夠證明其長期功效，那么防雪涂層將使多雪地區(qū)的太陽能更加可靠和負擔(dān)得起，從而有助于加速向以太陽能為主導(dǎo)的能源經(jīng)濟的過渡?！?/span>

值得注意的是，除了太陽能行業(yè)，其它包括汽車擋風(fēng)玻璃、自動駕駛汽車的激光雷達罩和寒冷氣候光學(xué)傳感器等，都可部署該涂層。

不過，該團隊并不打算立即就將該材料應(yīng)用于涂層迭代。據(jù)悉，他們計劃進一步調(diào)整它，目的是開發(fā)一種可以使用至少五年的涂層。