Atmosférický prach je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich efektivitu výroby solárnej energie. Znečistenie prachom výrazne zníži výrobu energie vo fotovoltaických elektrárňach, ktorá sa odhaduje na minimálne 5 percent ročne. Ak sa očakáva, že globálna inštalovaná kapacita dosiahne v roku 2020 približne 500 GW, ročná výroba elektriny sa zníži kvôli prachu. Ekonomická strata spôsobená objemom bude až 5 miliárd amerických dolárov. Keďže inštalovaná základňa elektrární neustále rastie, táto strata bude ešte závažnejšia – keď bude globálna inštalovaná kapacita v roku 2030 približne 1400 GW, očakáva sa, že ekonomické straty spôsobené prachom budú až 13 miliárd USD.
01
teplotný efekt
V súčasnosti fotovoltaické elektrárne väčšinou používajú moduly solárnych článkov na báze kremíka, ktoré sú veľmi citlivé na teplotu. Nahromadením prachu na povrchu modulov sa zvyšuje tepelný odpor fotovoltických modulov a stávajú sa tepelne izolačnou vrstvou na fotovoltaických moduloch, čo ovplyvňuje ich odvod tepla. . Štúdie ukázali, že teplota solárnych článkov stúpne o 1 stupeň a výstupný výkon sa zníži približne o 0,5 percenta. Navyše, keď je batériový modul dlhodobo vystavený slnečnému žiareniu, zakrytá časť sa zohreje oveľa rýchlejšie ako nezakrytá, čo má za následok vypálené tmavé miesta pri príliš vysokej teplote. Za normálnych podmienok osvetlenia sa zatienená časť panela zmení z jednotky na výrobu energie na jednotku spotreby energie a zatienený fotovoltický článok sa stane záťažovým odporom, ktorý nevyrába elektrinu, spotrebúva energiu vyrobenú pripojenou batériou, ktorá je generovanie tepla, čo je efekt horúceho bodu. Tento proces zhorší starnutie panelu batérie, zníži výkon a v závažných prípadoch spôsobí vyhorenie komponentov.
02
oklúzny efekt
Prach priľne na povrch panelu batérie, ktorý bude blokovať, absorbovať a odrážať svetlo, z ktorých najdôležitejšie je blokovanie svetla. Odraz, absorpcia a tieniaci efekt prachových častíc na svetlo ovplyvňuje absorpciu svetla fotovoltaickými panelmi, čím ovplyvňuje efektivitu výroby fotovoltaickej energie. Prach usadený na svetlom-povrchu komponentov panela najskôr zníži priepustnosť svetla povrchom panela; po druhé, uhol dopadu určitého svetla sa zmení, čo spôsobí nerovnomerné šírenie svetla v sklenenom kryte. Štúdie ukázali, že za rovnakých podmienok je výstupný výkon čistých panelových komponentov aspoň o 5 percent vyšší ako u znečistených modulov a čím vyššie je znečistenie, tým väčší je pokles výstupného výkonu modulu.
03
Účinky korózie
Povrch fotovoltaických panelov je väčšinou vyrobený zo skla a hlavnými zložkami skla sú oxid kremičitý a vápenec. Keď je na povrchu skleneného krytu prichytený vlhký kyslý alebo zásaditý prach, komponenty skleneného krytu môžu reagovať s kyselinou alebo zásadou. S narastajúcou dobou pôsobenia skla v kyslom alebo zásaditom prostredí bude povrch skla pomaly erodovať, čo má za následok tvorbu jamiek a jamiek na povrchu, čo má za následok difúzny odraz svetla na povrchu krycej dosky, a rovnomernosť šírenia v skle je zničená. Čím je krycia doska fotovoltaického modulu hrubšia, tým je energia lámaného svetla menšia a skutočná energia dosahujúca povrch fotovoltaického článku klesá, čo má za následok zníženie výroby energie fotovoltaického článku. A drsné, lepkavé povrchy so zvyškami lepidla majú tendenciu hromadiť viac prachu ako hladšie povrchy. Okrem toho samotný prach priťahuje prach. Keď už existuje počiatočný prach, povedie to k väčšiemu hromadeniu prachu a urýchli sa útlm výroby energie fotovoltaických článkov.
04
Teoretická analýza čistenia prachu
Sklenený povrch fotovoltaických modulov umiestnených vonku môže zachytávať a hromadiť prachové častice a vytvárať prachový kryt, ktorý bráni prenikaniu svetla do článkov. Gravitácia, van der Waalsove sily a sily elektrostatického poľa prispievajú k hromadeniu prachu. Prachové častice nielen silno interagujú s povrchom fotovoltaického skla, ale interagujú aj navzájom. Čistenie prachu znamená odstránenie prachu z povrchu panelu. Na odstránenie prachu z povrchu dosky batérie je potrebné prekonať priľnavosť medzi prachom a doskou batérie. Prach na doske batérie má určitú hrúbku. Pri čistení môže byť na vrstvu prachu aplikované paralelné zaťaženie, zaťaženie pod určitým uhlom (alebo zvislým) vzhľadom na platňu batérie alebo rotačný krútiaci moment, aby sa zničila priľnavosť medzi prachom a platňou batérie. Aditívny efekt, čím sa odstraňuje prach.
q—záťaž rovnobežná s doskou batérie; F—záťaž pod určitým uhlom alebo kolmo na dosku batérie; M – rotačný moment aplikovaný na vrstvu prachu
Na odstránenie prachových častíc je potrebné prekonať tangenciálnu adhéznu silu a normálnu adhéznu silu prachových častíc. Normálna adhézna sila je adhézna sila medzi prachovými časticami a doskou batérie a tangenciálna adhézna sila je relatívne malá a možno ju vo všeobecnosti ignorovať. . Ak sa prach odstráni z vertikálneho smeru, je potrebné prekonať iba normálnu priľnavú silu, ako je čistenie vodou, proces zmáčania prachových častíc, hlavne prekonanie normálnej adhéznej sily. Keď sa voda čistí, medzimolekulová vzdialenosť sa hlavne zväčšuje, čo znižuje van der Waalsovu príťažlivosť a vytvára vztlak a prekonáva van der Waalsovu silu a gravitáciu adhéznej sily prachových častíc. Pridaním povrchovo aktívnej látky do vody je efekt výraznejší a tiež vytvára silnú elektrostatickú silu, ktorá odstraňuje prach z panelov. Tangenciálna adhézna sila musí byť tiež prekonaná, keď sa prachové častice pohybujú vzhľadom na dosku batérie.