Nová metóda čistenia fotovoltických panelov od prachu môže ušetriť miliardy litrov vody

Prach znižuje energetický výkon panelov

Predpokladá sa, že solárna energia bude do roku 2030 pokrývať 10 % celosvetovej produkcie elektriny. Veľká časť tejto výroby bude pravdepodobne situovaná v púštnych oblastiach, kde je dostatok slnečného žiarenia aj rovných povrchov.

Vážny problém pre solárnu energiu však predstavuje hromadenie prachu na fotovoltických paneloch, následkom ktorého môže dôjsť k zníženiu výkonu fotovoltických článkov až o 30 % už v priebehu jedného mesiaca bez čistenia. Je preto nevyhnutná pravidelná údržba.

Podľa odhadov sa na čistenie fotovoltických panelov v súčasnosti spotrebuje takmer štyridsať miliárd litrov vody ročne. Doterajšie pokusy o čistenie bez vody vyžadujú mechanickú prácu a často pri nich dochádza k nezvratnému poškriabaniu povrchov, napríklad rotačnými kefami, čo tiež znižuje výkon panelov.

Vedci z Massachusettského technologického inštitútu v štúdii, ktorá bola publikovaná v časopise Science Advances, predstavujú metódu automatizovaného čistenia fotovoltických panelov. Ich postup nezahŕňa vodu, je bezkontaktný a podľa vedcov by mohol výrazne zredukovať komplikácie spôsobené prášením.

Častice odpudí statická elektrina

Systém funguje na princípe elektrostatického odpudzovania, vďaka ktorému prachové častice odskakujú z povrchu panelu bez potreby umývania vodou a kefami. Vedci vyvinuli priehľadnú vodivú vrstvu, ktorá pokryje fotovoltický panel alebo solárny kolektor a časticiam prachu dodá elektrický náboj.

Tesne ponad panel potom prechádza jednoduchá elektróda, ktorá prach odpudzuje. Systém je možné ovládať automaticky pomocou jednoduchého elektromotora a vodiacich koľajníc pozdĺž bočnej strany panelu. Mechanizmus je znázornený aj na videu:

Hlavní autori výskumu, študent Sreedath Panat a strojárenský inžinier Kripa Varanasi, uskutočnili laboratórne testy, z ktorých vyplynulo, že množstvo vyrobenej energie prudko klesá od začiatku hromadenia prachu a po mesiaci bez čistenia môže výkon solárneho panelu klesnúť takmer o tretinu.

Pri solárnom parku s kapacitou 150 megawattov podľa výpočtov pokles výkonu už o jedno percento môže viesť k strate 200 000 dolárov na ročných príjmoch. Vedci tvrdia, že globálny pokles výkonu solárnych elektrární o tri až štyri percentá by predstavoval stratu medzi 3,3 až 5,5 miliardami amerických dolárov.

Účinnosť metódy zvyšuje atmosférická vlhkosť

Aj iné tímy výskumníkov sa už pokúšali vyvinúť elektrostatické riešenia, no väčšina pracovala s elektrodynamickou vrstvou, ktorá však môže prepúšťať vlhkosť, čím spôsobí zlyhanie systému. Takéto vrstvy podľa Kripu Varanasiho môžu byť užitočné napríklad na Marse, kde vlhkosť nepredstavuje problém, no na Zemi, dokonca aj v púštnom prostredí, môžu byť zdrojom komplikácií.

Pre fungovanie nového systému je potrebná iba elektróda, postačí jednoduchá kovová tyč, ktorá prechádza ponad panel a vytvára elektrické pole, ktoré nabije prachové častice. Opačný náboj priehľadnej vodivej vrstvy o hrúbke niekoľkých nanometrov, ktorá pokrýva povrch skleneného krytu solárneho panelu, následne častice odpudí.

Vedci už vypočítali rozsah napätia, ktoré vystačí na prekonanie gravitácie a adhéznej sily a spôsobí, že prachové častice odskočia. Použili špeciálne pripravené laboratórne vzorky prachu s rôznymi veľkosťami častíc a na skúšobnom zariadení experimentálne dokázali, že navrhovaný postup je efektívny. Z testov navyše vyplynulo, že vzdušná vlhkosť obalila častice tenkou vrstvou vody, čo bolo kľúčové pre účinnosť metódy.

„Vykonali sme experimenty pri rôznych vlhkostiach od 5 % do 95 %. Pokiaľ vlhkosť prostredia presahuje 30 %, z povrchu je možné odstrániť takmer všetky prachové častice, no s klesajúcou vlhkosťou je to čoraz ťažšie,“ vysvetľuje Sreedath Panat.

Profesor Varanasi hovorí, že na väčšine púští požadovaná vlhkosť vzduchu býva a aj na púšťach, ktoré sú zvyčajne suchšie, býva vyššia vlhkosť v skorých ranných hodinách, čo vedie k tvorbe rosy a čistenie fotovoltických panelov alebo solárnych kolektorov by mohlo byť načasované práve na túto časť dňa.

„Niektoré predchádzajúce návrhy riešení, ktorých súčasťou boli elektrodynamické vrstvy, nefungovali pri vysokej ani strednej vlhkosti. Na rozdiel od toho náš systém funguje aj pri 95 percentnej vlhkosti,“ uvádza Panat.

V praxi môže byť vybavený elektródou každý solárny panel. Vedci navrhujú pridať aj drobný elektrický motor, ktorý by využíval malú časť elektriny produkovanej samotným panelom a elektródu posúval z jedného konca panelu na druhý, čím by z neho opadal všetok prach.

Celý proces však môže byť aj automatizovaný alebo riadený na diaľku. Namiesto pohyblivých častí by nad panelom alternatívne mohli byť trvalo umiestnené tenké pásiky vodivého priehľadného materiálu.

foto: Pexels

Nové riešenie ušetrí obrovské množstvo vody

© PROPERTY & ENVIRONMENT s. r. o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich vydavateľ.