گرد و غبار اتمسفر یکی از عوامل کلیدی موثر بر راندمان تولید انرژی خورشیدی است. آلودگی گرد و غبار تولید برق نیروگاه های فتوولتائیک را که حداقل 5 درصد در سال تخمین زده می شود تا حد زیادی کاهش می دهد. اگر انتظار می رود ظرفیت نصب شده جهانی در سال 2020 به حدود 500 گیگاوات برسد، تولید برق سالانه به دلیل گرد و غبار کاهش می یابد. زیان اقتصادی ناشی از این حجم به 5 میلیارد دلار می رسد. با ادامه رشد پایه های نصب شده نیروگاه ها، این ضرر جدی تر خواهد شد - زمانی که ظرفیت نصب شده جهانی در سال 2030 حدود 1400 گیگاوات باشد، انتظار می رود ضرر اقتصادی ناشی از گرد و غبار به 13 میلیارد دلار برسد.
01
اثر دما
در حال حاضر، نیروگاه های فتوولتائیک بیشتر از ماژول های سلول خورشیدی مبتنی بر سیلیکون استفاده می کنند که به دما بسیار حساس هستند. با تجمع گرد و غبار روی سطح ماژول ها، مقاومت انتقال حرارت ماژول های فتوولتائیک افزایش می یابد و به لایه عایق حرارتی روی ماژول های فتوولتائیک تبدیل می شوند و بر اتلاف حرارت آنها تأثیر می گذارند. . مطالعات نشان داده است که دمای سلول خورشیدی 1 درجه افزایش می یابد و توان خروجی حدود 0.5 درصد کاهش می یابد. علاوه بر این، هنگامی که ماژول باتری برای مدت طولانی در معرض نور خورشید قرار می گیرد، قسمت پوشیده شده بسیار سریعتر از قسمت بدون پوشش گرم می شود و در نتیجه هنگامی که درجه حرارت خیلی بالا است، لکه های تیره سوخته می شود. در شرایط روشنایی معمولی، قسمت سایه دار پانل از یک واحد تولید برق به یک واحد مصرف برق تغییر می کند و سلول فتوولتائیک سایه دار تبدیل به یک مقاومت بار می شود که برق تولید نمی کند و انرژی تولید شده توسط باتری متصل را مصرف می کند. تولید گرما است که اثر نقطه داغ است. این فرآیند پیری پنل باتری را تشدید می کند، خروجی را کاهش می دهد و در موارد شدید باعث سوختن قطعات می شود.
02
اثر انسداد
گرد و غبار به سطح پنل باتری می چسبد که باعث مسدود شدن، جذب و انعکاس نور می شود که مهم ترین آن مسدود شدن نور است. اثر انعکاس، جذب و سایه ذرات گرد و غبار بر روی نور بر جذب نور توسط پانل های فتوولتائیک تأثیر می گذارد و در نتیجه بر راندمان تولید برق فتوولتائیک تأثیر می گذارد. گرد و غباری که روی سطح دریافت کننده نور{0}} اجزای پانل رسوب می‌کند، ابتدا گذر نور سطح پانل را کاهش می‌دهد. ثانیاً، زاویه تابش مقداری نور تغییر می کند و باعث می شود نور به طور ناهموار در پوشش شیشه پخش شود. مطالعات نشان داده است که در شرایط یکسان، توان خروجی اجزای پانل تمیز حداقل 5 درصد بیشتر از ماژول های رسوب گیری است و هر چه میزان رسوب گیری بیشتر باشد، کاهش عملکرد خروجی ماژول بیشتر می شود.
03
اثرات خوردگی
سطح پنل های فتوولتائیک بیشتر از شیشه است و اجزای اصلی شیشه سیلیس و سنگ آهک است. هنگامی که گرد و غبار مرطوب اسیدی یا قلیایی به سطح پوشش شیشه ای چسبانده می شود، اجزای پوشش شیشه ای می توانند با اسید یا قلیایی واکنش دهند. با افزایش زمان شیشه در محیط اسیدی یا قلیایی، سطح شیشه به آهستگی فرسایش می یابد و در نتیجه حفره ها و گودال هایی روی سطح ایجاد می شود و در نتیجه انعکاس پراکنده نور روی سطح صفحه پوششی ایجاد می شود. و یکنواختی انتشار در شیشه از بین می رود. ، هرچه صفحه پوشش ماژول فتوولتائیک زبرتر باشد، انرژی نور منکسر کمتر می شود و انرژی واقعی رسیده به سطح سلول فتوولتائیک کاهش می یابد و در نتیجه تولید برق سلول فتوولتائیک کاهش می یابد. و سطوح خشن و چسبنده با باقیمانده چسب تمایل بیشتری به تجمع گرد و غبار نسبت به سطوح صاف دارند. علاوه بر این، خود گرد و غبار نیز گرد و غبار را جذب می کند. هنگامی که گرد و غبار اولیه وجود داشته باشد، منجر به تجمع بیشتر گرد و غبار و تسریع در تضعیف تولید برق سلول های فتوولتائیک می شود.
04
تحلیل نظری پاکسازی گرد و غبار
سطح شیشه‌ای ماژول‌های فتوولتائیک که در فضای باز قرار می‌گیرند می‌توانند ذرات گرد و غبار را به دام انداخته و جمع کنند و پوششی از گرد و غبار تشکیل دهند که مانع از ورود نور به سلول‌ها می‌شود. گرانش، نیروهای واندروالس و نیروهای میدان الکترواستاتیکی همگی در تجمع گرد و غبار نقش دارند. ذرات گرد و غبار نه تنها به شدت با سطح شیشه فتوولتائیک برهمکنش می کنند، بلکه با یکدیگر نیز برهم کنش می کنند. برای تمیز کردن گرد و غبار به معنای حذف گرد و غبار از سطح پانل است. برای از بین بردن گرد و غبار روی سطح برد باتری، باید بر چسبندگی بین گرد و غبار و برد باتری غلبه کرد. گرد و غبار روی صفحه باتری دارای ضخامت خاصی است. هنگام تمیز کردن آن، یک بار موازی، یک بار در یک زاویه خاص (یا عمودی) به صفحه باتری، یا یک گشتاور چرخشی می تواند به لایه گرد و غبار اعمال شود تا چسبندگی بین گرد و غبار و صفحه باتری را از بین ببرد. اثر افزودنی، در نتیجه از بین بردن گرد و غبار.
q- بار موازی با صفحه باتری. F- بار در یک زاویه خاص یا عمود بر صفحه باتری. M - لحظه چرخشی اعمال شده به لایه غبار
برای حذف ذرات گرد و غبار، باید بر نیروی چسبندگی مماسی و نیروی چسبندگی معمولی ذرات گرد و غبار غلبه کرد. نیروی چسبندگی معمولی نیروی چسبندگی بین ذرات گرد و غبار و صفحه باتری است و نیروی چسبندگی مماسی نسبتاً کم است و به طور کلی می توان آن را نادیده گرفت. . اگر گرد و غبار از جهت عمودی برداشته شود، فقط برای غلبه بر نیروی چسبندگی معمولی، مانند تمیز کردن با آب، فرآیند خیس کردن ذرات گرد و غبار، عمدتاً برای غلبه بر نیروی چسبندگی معمولی لازم است. هنگامی که آب تمیز می شود، فاصله بین مولکولی عمدتا افزایش می یابد، که باعث کاهش جاذبه واندروالس و ایجاد شناوری می شود و بر نیروی واندروالس و گرانش نیروی چسبندگی ذرات غبار غلبه می کند. افزودن یک سورفکتانت به آب، این اثر را بارزتر می کند و همچنین نیروی الکترواستاتیکی قوی ایجاد می کند که گرد و غبار را از پانل ها پاک می کند. هنگامی که ذرات گرد و غبار نسبت به صفحه باتری حرکت می کنند، باید بر نیروی چسبندگی مماسی غلبه کرد.