태양광 발전 비용을 감소시키는 태양 패널의 자가 세정 코팅제 개발

나노엔은 태양광 발전 비용을 감소시키고 에너지 수집 능력을 최적화시키는 태양 패널의 새로운 자가 세정 코팅 기술을 개발했다. 

태양광 반사체와 태양전지 위의 오염(먼지와 모래의 축적)은 태양광 발전의 효율을 감소시키는 주요 요인 중 하나이다. 이것은 50% 정도까지 반사율을 줄일 수 있다. 탈이온수와 세제로 수동 세척을 할 수 있지만, 이것은 노동 집약적이고, 유지비용이 많이 든다. 따라서 태양 에너지의 생산 비용이 높아진다. 

나노엔의 연구진은 태양광 반사경을 위한 저렴하고 투명한 오염 방지(또는 자가 세정) 코팅을 개발했다. 이 코팅 기술은 에너지 효율을 최적화하고 유지보수 비용을 낮추며 부정적인 환경적인 영향을 피하게 한다. 

이 코팅 기술은 이번 나노엔 연구진이 개발한 입자를 기반으로 하고 있고, 물과 점성 액체와 대부분의 고체 입자들이 스며들지 않게 하는 초소수성(superhydrophobic) 특성을 가지고 있다. 고가의 진공 증착과 화학적 표면 에칭을 이용하는 다른 초소수성 방법과는 달리, 이번 연구진의 코팅 기술은 기존의 페인팅 및 분무 방법을 이용해서 유기물과 입자들의 혼합물을 증착시키는 간단한 방법으로 구성된다. 이 방법은 저렴할 뿐만 아니라 수리와 재장착 동안에 쉽게 적용될 수 있다. 

투명한 오염 방지 코팅을 성공적으로 적용하기 위해서는 다음과 같은 몇 가지 조건을 만족시켜야 한다. 첫 번째로, 코팅은 청소의 필요성을 최소화하기 위해서 초소수성이어야 하고, 이것은 250nm와 3,000nm 사이의 태양 방사선의 투과와 산란에 대해서 최소한의 효과(또는 제로 효과)를 가져야 한다. 이런 요구조건을 만족하기 위해서, 이 코팅은 단지 몇 백 나노미터 정도이고, 삽입된 입자들은 상당히 더 작아야 한다. 매우 얇은 코팅은 자외선, 모래 침식 등과 같은 환경적인 노출 하에서도 내구성을 가져야 하고, 미국 환경 보호국의 오염 방지법(US Environmental Protection Agency Clean Air Act)의 배출 기준을 만족시켜야 한다. 오염 방지법에는 효과적으로 사용될 수 있는 입자와 유기물의 선택 및 조합을 제한하고 있다. 

이 프로젝트의 첫해 동안에, 이번 연구진은 오염 방지법을 준수하는 서로 다른 크기의 다양한 실리카 입자와 유기물을 대상으로 실험을 했다. 이번 연구진은 유기 화합물과 실리카 입자들을 결합시켜서 특정 제형(劑型)을 달성할 수 있었는데, 이것은 입자의 적용 범위를 향상시키기 위해서 두 개의 크기로 분산되었다. 

오염 방지 코팅은 뛰어난 초소수성 특성을 가졌고, 전체 태양 방사선 파장 범위를 흡수할 수 있는 0.3% 미만의 투명성 손실을 가졌다. 몇 백 시간의 가속 자외선과 100시간의 염무(salt fog)에 노출시켰을 때, 코팅은 초소수성 또는 광학적 투과 특성에서 어떤 손상도 받지 않았다. 오염 방지 코팅을 가진 유리 슬라이드가 바람굴(wind tunnel) 속의 모래와 먼지에 노출되었을 때, 입자들은 슬라이드의 코팅 표면에 부착되지 않는데, 이것은 가혹한 환경 조건에도 매우 유용하게 적용될 수 있다는 것을 보여준다. 

태양광 분야에 적용할 수 있는 오염 방지 코팅 이외에도, 이번 나노엔 연구진은 오염 방지 지붕 코팅, 에어컨과 증발 냉각(evaporative cooling) 분야에 적용할 수 있는 결빙 방지 및 결로 방지 코팅도 개발하고 있다. 2018년에, 이번 연구진은 코팅을 최적화하고, 더 가혹한 노출 시험을 수행하고, 대규모 코팅 기술의 개발을 시작하고, 소규모 현장 테스트를 수행할 계획을 가지고 있다. 

그림. 먼지와 모래가 에너지 효율을 감소시키기 때문에 이것을 예방할 수 있는 저렴한 오염 방지 코팅 ? 

2018년 06월 출시 예정이다.