يعتبر الغبار الجوي أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على كفاءة توليد الطاقة الشمسية. سيقلل تلوث الغبار بشكل كبير من توليد الطاقة لمحطات الطاقة الكهروضوئية ، والتي تقدر بنحو 5 في المائة على الأقل سنويًا. إذا كان من المتوقع أن تصل السعة العالمية المركبة إلى حوالي 500 جيجاواط في عام 2020 ، فسيتم تقليل التوليد السنوي للطاقة بسبب الغبار. وستصل الخسارة الاقتصادية الناجمة عن الحجم إلى 5 مليارات دولار أمريكي. مع استمرار نمو القاعدة المثبتة لمحطات الطاقة ، ستصبح هذه الخسارة أكثر خطورة - عندما تبلغ السعة العالمية المركبة حوالي 1400 جيجاوات في عام 2030 ، من المتوقع أن تصل الخسارة الاقتصادية الناجمة عن الغبار إلى 13 مليار دولار أمريكي.
01
تأثير درجة الحرارة
في الوقت الحالي ، تستخدم محطات الطاقة الكهروضوئية في الغالب وحدات الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون {0} ، وهي حساسة جدًا لدرجة الحرارة. مع تراكم الغبار على سطح الوحدات ، تزداد مقاومة انتقال الحرارة للوحدات الكهروضوئية ، وتصبح طبقة عازلة للحرارة على الوحدات الكهروضوئية ، مما يؤثر على تبديد الحرارة. . أظهرت الدراسات أن درجة حرارة الخلايا الشمسية ترتفع بمقدار درجة واحدة ، وتقل الطاقة الناتجة بنحو 0.5 بالمائة. بالإضافة إلى ذلك ، عندما تتعرض وحدة البطارية لأشعة الشمس لفترة طويلة ، فإن الجزء المغطى يسخن بشكل أسرع بكثير من الجزء المكشوف ، مما ينتج عنه بقع داكنة محترقة عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة للغاية. في ظل ظروف الإضاءة العادية ، سيتغير الجزء المظلل من اللوحة من وحدة توليد الطاقة إلى وحدة استهلاك الطاقة ، وستصبح الخلية الكهروضوئية المظللة مقاومة تحميل لا تولد الكهرباء ، وتستهلك الطاقة التي تولدها البطارية المتصلة ، وذلك هو توليد الحرارة ، وهو تأثير النقطة الساخنة. ستؤدي هذه العملية إلى تفاقم تقادم لوحة البطارية ، وتقليل الإخراج ، وتسبب احتراق المكونات في الحالات الشديدة.
02
تأثير الانسداد
يلتصق الغبار بسطح لوحة البطارية مما يمنع الضوء ويمتصه ويعكسه ، وأهمها حجب الضوء. يؤثر انعكاس جزيئات الغبار وامتصاصها وتظليلها على الضوء على امتصاص الضوء بواسطة الألواح الكهروضوئية ، مما يؤثر على كفاءة توليد الطاقة الكهروضوئية. سوف يؤدي الغبار المترسب على سطح {0}} ضوء الاستقبال لمكونات اللوحة أولاً إلى تقليل نفاذية الضوء لسطح اللوحة ؛ ثانيًا ، ستتغير زاوية سقوط بعض الضوء ، مما يتسبب في انتشار الضوء بشكل غير متساوٍ في الغطاء الزجاجي. أظهرت الدراسات أنه في ظل نفس الظروف ، تكون الطاقة الناتجة لمكونات اللوحة النظيفة أعلى بنسبة 5 في المائة على الأقل من وحدات القاذورات ، وكلما زادت كمية القاذورات ، زاد الانخفاض في أداء إخراج الوحدة.
03
آثار التآكل
يتكون سطح الألواح الكهروضوئية في الغالب من الزجاج ، والمكونات الرئيسية للزجاج هي السيليكا والحجر الجيري. عندما يلتصق الغبار الحمضي أو القلوي الرطب بسطح الغطاء الزجاجي ، يمكن أن تتفاعل مكونات الغطاء الزجاجي مع الحمض أو القلوي. مع زيادة وقت الزجاج في بيئة حمضية أو قلوية ، سوف يتآكل سطح الزجاج ببطء ، مما يؤدي إلى تكوين حفر وحفر على السطح ، مما يؤدي إلى انعكاس الضوء المنتشر على سطح لوحة الغطاء ، ويتم تدمير انتظام الانتشار في الزجاج. ، كلما زادت خشونة لوحة الغلاف للوحدة الكهروضوئية ، قلت طاقة الضوء المنكسر ، وتقل الطاقة الفعلية التي تصل إلى سطح الخلية الكهروضوئية ، مما يؤدي إلى انخفاض في توليد الطاقة للخلية الكهروضوئية. وتميل الأسطح الخشنة اللزجة التي بها بقايا لاصقة إلى تراكم غبار أكثر من الأسطح الأكثر نعومة. علاوة على ذلك ، فإن الغبار نفسه سيجذب الغبار أيضًا. بمجرد وجود الغبار الأولي ، سيؤدي إلى تراكم المزيد من الغبار وتسريع توهين توليد طاقة الخلايا الكهروضوئية.
04
التحليل النظري لتنظيف الغبار
يمكن أن يحبس السطح الزجاجي للوحدات الكهروضوئية الموضوعة في الخارج جزيئات الغبار وتتراكم ، مما يشكل غطاء غبارًا يمنع الضوء من دخول الخلايا. تساهم الجاذبية ، وقوى فان دير فال ، وقوى المجال الكهروستاتيكي في تراكم الغبار. لا تتفاعل جزيئات الغبار بقوة مع سطح الزجاج الكهروضوئي فحسب ، بل تتفاعل أيضًا مع بعضها البعض. لتنظيف الغبار هو إزالة الغبار من سطح اللوحة. لإزالة الغبار عن سطح لوحة البطارية ، من الضروري التغلب على الالتصاق بين الغبار ولوحة البطارية. الغبار الموجود على لوحة البطارية له سمك معين. عند تنظيفها ، يمكن تطبيق حمولة متوازية أو تحميل بزاوية معينة (أو رأسية) على لوحة البطارية أو عزم دوران على طبقة الغبار لتدمير الالتصاق بين الغبار ولوحة البطارية. تأثير مضاف ، وبالتالي إزالة الغبار.
q - الحمل الموازي للوحة البطارية ؛ F - الحمل بزاوية معينة أو عموديًا على لوحة البطارية ؛ M — عزم الدوران المطبق على طبقة الغبار
لإزالة جزيئات الغبار ، من الضروري التغلب على قوة الالتصاق العرضية وقوة الالتصاق العادية لجزيئات الغبار. قوة الالتصاق العادية هي قوة الالتصاق بين جزيئات الغبار ولوحة البطارية ، وقوة الالتصاق العرضية صغيرة نسبيًا ويمكن تجاهلها بشكل عام. . إذا تمت إزالة الغبار من الاتجاه العمودي ، فمن الضروري فقط التغلب على قوة الالتصاق العادية ، مثل التنظيف بالماء ، وعملية ترطيب جزيئات الغبار ، وذلك للتغلب بشكل أساسي على قوة الالتصاق العادية. عندما يتم تنظيف الماء ، تزداد المسافة بين الجزيئات بشكل أساسي ، مما يقلل من جاذبية فان دير فال وينتج طفوًا ، ويتغلب على قوة فان دير فال وجاذبية قوة التصاق جزيئات الغبار. إن إضافة خافض للتوتر السطحي إلى الماء يجعل التأثير أكثر وضوحًا ، ويولد أيضًا قوة إلكتروستاتيكية قوية تزيل الغبار من الألواح. يجب أيضًا التغلب على قوة الالتصاق العرضية عندما تتحرك جزيئات الغبار بالنسبة إلى لوحة البطارية.