Putekļu ietekme uz PV sistēmām sausā piekrastes vidē

Saūda Arābijas Imāma Abdulrahmana Bin Faisala universitātes vadītā pētnieku grupa ir veikusi eksperimentālu pētījumu par to, kā dažādi putekļu sastāvi ietekmē fotoelektrisko darbību. Pētījumā tika pārbaudīti četri putekļu veidi-montmorilonīts, kaolinīts, bentonīts un dabīgie putekļi-, kas uz saules paneļiem darbojas sausā piekrastes vidē.

"Šī pētījuma rezultātiem ir praktiska ietekme uz PV uzturēšanas optimizēšanu sausos piekrastes reģionos," skaidroja grupa. "Saistot putekļu sastāvu ar noārdīšanās mehānismiem, ieinteresētās personas var noteikt prioritāti tīrīšanas grafikiem vai izvēlēties pārklājumus, kas pielāgoti dominējošajiem minerāliem. Piemēram, hidrofobi pārklājumi var mazināt mitruma -izvadītu saķeri ar kalciju-bagātām vidēm, savukārt dzelzs-bagāti reģioni var gūt labumu no termiski izturīgiem{{5} materiāliem."

Eksperimenti tika veikti Jubailā, pilsētā Saūda Arābijas Persijas līča piekrastē, kas klasificēta kā BWh (karstais tuksnesis) saskaņā ar Köppen klimata sistēmu. 20 W polikristālisks PV panelis tika izmantots āra veiktspējas testēšanai laikā no 2025. gada 9. līdz 29. septembrim. Pie maksimālās jaudas panelis nodrošināja 1,14 A strāvu un 17,6 V spriegumu ar atvērtās ķēdes spriegumu 21,1 V un īsslēguma strāvu {{9}1.29 A.

Montmorilonīta, kaolinīta un bentonīta māli tika iegūti kā komerciāli minerālu pulveri un izsijāti līdz mazāk nekā 45 μm. Dabisko putekļu paraugi tika manuāli savākti no stikla virsmām, kas pakļautas apkārtējās vides apstākļiem Jubailā. Putekļu nogulsnēšana tika veikta septiņos posmos, sākot ar virsmas blīvumu aptuveni 1,0 g/m² un pakāpeniski palielinot līdz aptuveni 7,0 g/m². Mērījumi tika veikti pēc katra nogulsnēšanās posma.

"Mineroloģiskā analīze, izmantojot SEM{0}}EDX, atklāja atšķirīgus kompozīcijas profilus, kas tieši korelē ar veiktspējas pasliktināšanās modeļiem," sacīja akadēmiķi. "Dabīgie putekļi, kam raksturīgs augsts silīcija dioksīda (25,37%) un kalcija oksīda (30,52%) saturs, parādījās kā viskaitīgākais piesārņotājs, izraisot 48% jaudas zudumu pie nogulsnēšanās blīvuma 6 g/m2, kombinējot gaismas izkliedi un higroskopisku cementēšanu."

Tika konstatēts, ka putekļi, kas bagāti ar kalciju{0}}, ir īpaši problemātiski piekrastes apstākļos, kur paaugstināts mitrums (relatīvais mitrums 40–65%) pārvērš vaļīgās daļiņas pielipušos slāņos, kas ir izturīgi pret dabiskajiem tīrīšanas mehānismiem. Turpretim montmorilonīta paaugstinātais dzelzs saturs (62,67%) veicināja termisko degradāciju, paaugstinot paneļa virsmas temperatūru līdz 40,4 C un samazinot atvērtās ķēdes spriegumu.

"Mitrums parādījās kā kritisks pastiprināšanas faktors, nevis neatkarīgs stresa faktors, samazinot efektivitāti par 15–30%, ja relatīvais mitrums pārsniedza 60%. Šis slieksnis iezīmē pāreju no atgriezeniskas netīrības uz cementētu adhēziju, kur kapilārie spēki saista putekļu daļiņas ar PV virsmu ar pietiekamu spēku, lai izturētu vēju. "Dienas analīze atklāja, ka optimāla elektroenerģijas ražošana notiek zema-mitruma rīta stundās (8:00–11:30, efektivitāte 12–13%), savukārt pēcpusdienā efektivitātes zudumi ir 20–25%.

Komanda arī atklāja, ka daļiņu piesārņojums būtiski ietekmēja veiktspējas pasliktināšanos, un gaisa kvalitātes indekss (AQI) uzrāda spēcīgāku negatīvu korelāciju ar efektivitāti nekā tikai mitrums. "Pie AQI līmeņiem, kas pārsniedz 160, gaisa aerosolu gaismas izkliedes un virsmas netīrumu kopējā ietekme samazināja konversijas efektivitāti zem 10%, pat mērenā putekļu nogulsnēšanās blīvumā (3–4 g/m2)," viņi secināja.

Viņu atklājumi ir pieejami "Eksperimentālajā un modelēšanas pētījumā par putekļu sastāva ietekmi uz fotoelementu veiktspēju sausās piekrastes vidēs", kas publicēts Materiālu pētniecības un tehnoloģiju žurnālā. Pētījumā ir piedalījušies zinātnieki no Saūda Arābijas Imam Abdulrahman Bin Faisal universitātes, Ēģiptes Atomenerģijas pārvaldes un Ēģiptes Ain Shams universitātes.