Гонка за пылеотталкивающими солнечными панелями

Солнечные фермы оказывают значительное влияние на чистую воду. Но новые технологии могут помочь.

Большинство из масштабные солнечные парки в мире расположены в пустынях. Эти ландшафты обеспечивают достаточно свободных земель и круглогодичного солнечного света для производства солнечной энергии. Исследователи предположили Преобразование Сахары— самый обширный пустынный регион на Земле — в огромный солнечный парк, который может иметь потенциал для производства четыре раза нынешний мировой спрос на энергию.

Но есть серьезная проблема — пыль. Постепенное накопление пыли на солнечных панелях может снизить их эффективность почти на 30 процентов. один месяц операции. В некотором контексте потери солнечной энергии в размере всего трех-четырех процентов в глобальном масштабе могут означать экономические потери, по меньшей мере, в размере От 3,3 до 5,5 миллиардов долларов. Поскольку изменение климата усиливается песчаная буря, может быть быстрая потеря эффективности солнечных панелей, если их не очистить несколько раз в месяц.

Струи воды под давлением и распылители являются наиболее общий метод очистки солнечных батарей. Во избежание риска образования пятен и повреждения стекла солнечных панелей используйте только чистая и деминерализованная вода может быть использован. Необходимость транспортировки чистой воды в засушливые или отдаленные пустынные регионы с ограниченными запасами воды приводит к 10 процентов затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание солнечных парков.

Хотя глобальная мощность солнечных парков в настоящее время выше 500 гигаватт, по оценкам исследователей, до 10 миллиардов галлонов питьевой воды ежегодно используется только для очистки солнечных батарей. Для сравнения: такое количество воды может удовлетворить ежегодную потребность примерно 2 миллиона человек живущих в развивающихся странах.

«Я был поражен огромным количеством чистой воды, которое требуется для очистки солнечных панелей», — говорит Крипа Варанаси, профессор машиностроения Массачусетского технологического института (не имеет отношения к автору). «Воздействие солнечной энергетики на воду в будущем будет только расти. Нам нужно выяснить, как сделать солнечные фермы более устойчивыми».

Попытки избавиться от накопления пыли на солнечных панелях с помощью методов сухой очистки, таких как щетки и давление воздуха риск повреждения солнечных батарей из-за поверхность царапается через некоторое время.

Неэффективность нынешних методов очистки побудила Варанаси и его аспиранта Шридата Паната изобрести бесконтактную систему очистки, которая сможет автоматически отталкивать пыль от солнечных панелей без использования воды Применение.

Новая система использует электростатическое отталкивание для удаления частиц пыли с поверхности солнечных панелей. Хотя пыль сама по себе не является проводником, они обнаружили, что применение электрической силы или напряжения соответствующего диапазона через Электрод, например металлический стержень, который проходит прямо над поверхностью солнечной панели, заряжает частицы пыли, лежащие на ней. панель. Затем на прозрачную пленку подается противоположный заряд — аналогично тем, которые используются в телефонах и других устройствах. ноутбуки, которые затем устанавливаются в систему, позволяя стеклянной поверхности панели отталкивать надоедливую пыль. частицы.

[Связанный: Плавающие солнечные панели могут стать следующим большим достижением в области чистой энергетики.]

Эту систему можно использовать отдельно вместе с робот для очистки солнечных панелей. Альтернативно, он устанавливается вдоль каждой стороны панели и работает на небольшом количестве солнечной энергии. Варанаси и Панат рассказали о своем исследовании в недавней статье, опубликованной в журнале. Достижения науки.

В прошлом НАСА использовало электростатику для удаления пыли с солнечных панелей на планете. Марсоходы с помощью электродинамических экранов. Однако эта технология сработала только потому, что она была реализована в чрезвычайно засушливых условиях без невозможной на Земле влажности. «Для этого также требуются дорогие встречно-штыревые электроды, которые обладают меньшей силой и не переносят влагу», — объясняет Варанаси.

Это заставило дуэт выбрать другой метод использования электростатики для очистки солнечных панелей на Земле. Они начали с проведения экспериментов с частицами пыли разного размера и обнаружили, что кремнезем в частицах пыли поглощает влагу из атмосферы.

«Заряд частиц пыли исходит от тонкого слоя поглощенной воды, толщина которого составляет всего несколько нанометров, но который все еще действует как проводник. Это позволило нам оценить электрическую силу частиц пыли и удалить частицы пыли размером от 30 до 40 микрон», — говорит Варанаси.

Этот многообещающий прорыв для исследователей произошел после проведения экспериментов в широком диапазоне уровней влажности от пяти до 95 процентов. Затем они заметили, что влажность является движущей силой работы системы.

«Пока относительная влажность выше 30 процентов, эта система надежна и работает очень хорошо», — говорит Варанаси. «Мы можем применить это к большинству географических регионов и даже к самым засушливым пустыням из-за образования росы по утрам».

[Связанный: Что вам нужно знать о переводе вашего дома на солнечную энергию.]

Дуэт создал прототип лабораторного масштаба, который состоит из солнечной панели, проводящей поверхности и подвижного электрода, прикрепленного к верхней части. Но эта система до сих пор не может избавить солнечную панель от частиц размером менее 10 микрон.

 «Эти крошечные частицы пыли создают эффект затенения на солнечных панелях», — добавляет он. «Мы работаем над некоторыми улучшениями, чтобы решить эту проблему».

Пока инженеры MIT готовятся сделать свою новую систему масштабируемой в будущем, другие исследователи работают над разработкой технологии покрытия солнечных панелей для уменьшения накопления пыли. Вдохновленный Самоочищающийся лист лотоса Немецкие исследователи из Университета Бен-Гуриона попытались разработать гидрофобное покрытие на основе кремния для солнечных панелей. Это может предотвратить накопление пыли на поверхности солнечных панелей и уменьшить количество воды, необходимой для их очистки.

На данный момент британская компания, Солнечная акула, уже выпустила пылеотталкивающее покрытие для солнечных батарей. Для обеспечения прозрачности они используют структуры наночастиц толщиной всего несколько микрон. Согласно сайту компании, покрытие является самоочищающимся и позволяет образовывать на поверхности капли воды, которые могут скатываться с панелей.

Но Варанаси говорит, что проблема с покрытием из наноструктур заключается в том, что оно может со временем разрушиться после выдерживания пыльных бурь и ветреной погоды. «Текстура противогрязного покрытия на поверхности солнечных панелей может пострадать и потерять прозрачность», — говорит он.

Несмотря на все запутанные проблемы, связанные с предотвращением накопления пыли на солнечных панелях, инженерам нравится Варанаси по-прежнему с оптимизмом смотрит на разработку правильной технологии, которая сделает солнечную промышленность более экологически чистой. устойчивый.

«Вода — ценный ресурс», — говорит он. «Если солнечная индустрия будет проявлять инициативу и подходить к этой проблеме целостно, это не окажет прямого влияния на доступ сообществ к чистой воде».

Последнее сообщение в блоге

Flyease — удобная обувь для спортсменов с ограниченными возможностями или для всех остальных
August 30, 2023

Мы можем получать доход от продуктов, доступных на этой странице, и участвовать в партнерских программах. Узнать больше >ПроблемаВсе, чего хотел...

Эта пиявка может пережить 24-часовое погружение в жидкий азот
August 30, 2023

100 процентов пиявок также пережили экстремальный холод (-130°F) в течение девяти месяцев! На первый взгляд, в этом нет ничего особенного. Озобран...

Почему мы любим дрянные фильмы
August 30, 2023

Ученые пытаются разобраться в зацикленности людей на таких фильмах, как «настолько плохо, что это хорошо», как Шаркнадо. Чтобы выяснить, что делает...