تمام برآوردها بر آن است که احتمالا تا سال 2030 بیش از 10 درصد انرژی جهان از طریق انرژی خورشید تامین می‌شود و درصد زیادی از بخش یادشده در مناطق بیابانی، جایی که نور خورشید به حداکثر میزان خود می‌رسد، تامین می‌شود. اما قرار گرفتن این پنل‌های خورشیدی در بخش بیابانی زمین سبب می‌شود که این پنل‌های ارزشمند در معرض یک پارامتر بسیار مهم قرار بگیرند که در صورت عدم رسیدگی به آنها، بهره وری انرژی پنل‌های خورشیدی را 30 درصد کاهش می‌دهد. بله. شن و ماسه! پس تمیز کردن پنل خورشیدی یکی از مهم‌ترین عوامل نگهداری از نیروگاه‌های خورشیدی است.
در حال حاضر تخمین زده می‌شود که برای تمیز کردن پنل‌های خورشیدی حدود 10 میلیارد گالن آب در سال مصرف شود که برای تامین آب آشامیدنی تا 2 میلیون نفر کافی است. تلاش برای تمیز کردن این پنل‌های خورشیدی آن هم بدون آب، کار سخت و طاقت‌فرسایی است و باعث خراش برداشتن سطح این پنل‌ها می‌شود و از سوی دیگر این خط و خش‌ها سبب برگشت ناپذیر شدن سطوح این پنل‌های خواهند شد که کارایی را نیز کاهش می‌دهند. اکنون تیمی از محققان MIT راهی برای تمیز کردن خودکار پنل‌های خورشیدی یا آینه‌های نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی در یک سیستم بدون آب و بدون تماس ابداع کرده‌اند که می‌تواند به طور قابل توجهی مشکل گرد و غبار را کاهش دهد.
- کارآمدترین پنل خورشیدی توسط ال جی معرفی شد
- پنل‌های خورشیدی تویوتا پریوس می‌توانند آنها را از شارژ مجدد بی‌نیاز کنند
جزئیات روش جدید تمیز کردن پنل خورشیدی
سیستم جدید از دافعه الکترواستاتیک برای جدا شدن ذرات گرد و غبار و جهش واقعی از سطح پانل، بدون نیاز به آب یا برس استفاده می‌کند. برای فعال کردن سیستم، یک الکترود ساده درست از بالای سطح پنل خورشیدی عبور می‌کند و بار الکتریکی را به ذرات گرد و غبار وارد می‌کند که پس از آن توسط باری که به خود پنل وارد می‌شود دفع می‌شود. این سیستم را می‌توان به طور خودکار با استفاده از یک موتور الکتریکی ساده و ریل‌های راهنمایی که در کنار پنل قرار می‌گیرند پیاده‌سازی کرد.
این تحقیق در مجله Science Advances در مقاله‌‌ی دانشجوی فارغ التحصیل MIT، Sreedath Panat و استاد مهندسی مکانیک Kripa Varanasi شرح داده شده است. بنارس اعلام کرده که با وجود تلاش‌های زیاد و هماهنگ در سرتاسر جهان برای ساخت پنل‌های خورشیدی کارآمدتر، «یک مشکل ساده مانند گرد و غبار در واقع می‌تواند آسیب جدی به کل آن وارد کند». آزمایش‌های آزمایشگاهی انجام‌شده توسط Panat و Varanasi نشان داد که افت انرژی خروجی از پنل‌ها در همان ابتدای فرآیند انباشته شدن گرد و غبار به شدت افت می‌کند و می‌تواند به راحتی، پس از تنها یک ماه بدون تمیز کردن، به 30 درصد کاهش یابد.
آنها محاسبه کردند که حتی کاهش 1 درصدی برق، برای یک تاسیسات خورشیدی 150 مگاواتی، می‌تواند منجر به از دست دادن 200000 دلار درآمد سالانه شود. محققان می‌گویند که در سطح جهان، کاهش 3 تا 4 درصدی در تولید برق از نیروگاه های خورشیدی بین 3.3 تا 5.5 میلیارد دلار ضرر خواهد داشت. پانات در مصاحبه‌ای چنین گفته که:
«کارهای زیادی در زمینه مواد خورشیدی در حال انجام است. همه در حال حرکت به سمت لبه‌ی این تکنولوژی هستند و سعی می‌کنند چند درصد بیشتر بهبود کارایی به دست بیاورند اما فراتر از تمام اینها، یک مولفه وجود دارد که می‌تواند همه این تلاش‌ها را فوراً از بین ببرد.”
بسیاری از بزرگترین تاسیسات انرژی خورشیدی در جهان، از جمله در چین، هند، امارات متحده عربی و ایالات متحده، در مناطق بیابانی قرار دارند. آب مورد استفاده برای تمیز کردن این پنل‌های خورشیدی با استفاده از جت‌های آب تحت فشار باید از راه دور به داخل منتقل شود و برای جلوگیری از باقی ماندن رسوبات روی سطوح، غلظت آنها باید بسیار خالص باشد. البته گاهی اوقات هم از روش شستشوی خشک استفاده می‌شود، اما این روش در تمیز کردن سطوح مؤثر نیست و می‌تواند باعث خراش دائمی بر روی سطح این پنل‌ها شود که همچنین انتقال نور را کاهش می‌دهد. تمیز کردن آب حدود 10 درصد از هزینه های عملیاتی تاسیسات خورشیدی را تشکیل می‌دهد.
به گفته محققان، سیستم جدید به طور بالقوه می‌تواند این هزینه‌ها را کاهش دهد و در عین حال خروجی کلی توان را با اجازه دادن به تمیز کردن خودکار مکرر بهبود بخشد. بنارس در ادامه‌ی صحبت‌های خود گفت:
«جای پای آب در صنعت خورشیدی مایه حیرت است،» و با ادامه گسترش این تأسیسات در سراسر جهان، این میزان افزایش خواهد یافت. بنابراین، صنعت باید در مورد چگونگی تبدیل این موضوع باید به دنبال یک راه حل پایدار باشد. گروه‌های دیگر سعی کرده‌اند راه‌حل‌های مبتنی بر الکترواستاتیک را توسعه دهند، اما اینها بر روی لایه‌ای به نام صفحه نمایش الکترودینامیکی با استفاده از الکترودهای بایومتری تکیه کرده‌اند. اگر این پنل‌ها ذره‌ایم شکل داشته باشند، ممکن است رطوبت را به داخل این مجنوعه منتقل کنند و باعث از کار افتادن آنها شود. شاید این روش در مکانی مانند مریخ مفید باشند (جایی که رطوبت وجود ندارد) یا حتی در محیط‌های بیابانی روی زمین هم به کار آید، اما به غیر از اینها می‌تواند یک مشکل جدی باشد.
سیستم جدیدی که آنها توسعه دادند فقط به یک الکترود نیاز دارد که می‌تواند یک میله فلزی ساده باشد تا از روی پنل عبور کند و میدان الکتریکی تولید کند که در حین حرکت، باری را به ذرات گرد و غبار وارد می‌کند. بار مخالف اعمال شده به یک لایه رسانای شفاف به ضخامت تنها چند نانومتر که روی پوشش شیشه‌ای پنل خورشیدی رسوب کرده است، ذرات را دفع می‌کند و با محاسبه ولتاژ مناسب برای اعمال، محدوده ولتاژ کافی برای غلبه بر آن را پیدا می‌شود. پس از آن کشش گرانش و نیروهای چسبندگی، باعث بلند شدن گرد و غبار می‌شود.
آزمایش‌ها نشان داد که رطوبت هوا پوشش نازکی از آب را روی ذرات ایجاد می‌کند، که مشخص شد برای اثربخشی این اثر بسیار مهم است. تا زمانی که رطوبت محیط بیش از 30 درصد باشد، تقریباً می‌توانیم تمام ذرات را از سطح جدا کنید، اما با کاهش رطوبت، شرایط سخت‌تر می‌شود. خبر خوب این است که بیشتر بیابان‌ها رطوبت 30 درصد دارند و مشکلی با انجام این روش در بیابان‌ها نیست و حتی آن‌هایی که معمولاً خشک‌تر از بقیه هستند، در ساعات اولیه صبح رطوبت بیشتری دارند که منجر به تشکیل شبنم می‌شود، بنابراین تمیز کردن می‌تواند بر اساس آن زمان بندی شود.
به‌علاوه، برخلاف برخی از کارهای قبلی روی صفحه‌های الکترودینامیک، که در واقع در رطوبت بالا یا حتی متوسط کار نمی‌کنند، سیستم ارائه شده می‌تواند در رطوبت بالای ۹۵ درصد نیز به صورت نامحدودی کار کند. هر پنل خورشیدی را می‌توان با نرده‌هایی در هر طرف با یک الکترود در سراسر پانل نصب کرد. همه‌ی این کارها با یک موتور الکتریکی کوچک (که آن هم انرژی خود را از طریق خروجی همان نیروگاه تامین می‌کند) یک سیستم تسمه‌ای را به حرکت درآورد تا الکترود را از یک سر پانل به انتهای دیگر حرکت دهد و باعث شود همه گرد و غبار از بین برود. کل فرآیند می‌تواند به صورت خودکار یا از راه دور کنترل شود. از طرف دیگر می‌توان نوارهای نازکی از مواد شفاف رسانا را به طور دائم بالای پانل چید که نیاز به قطعات متحرک را از بین ببرد.
دیدگاهتان را بنویسید