Key Takeaways
- Staubansammlungen können die Effizienz von Solarmodulen verringern.
- Wasser ist eine zu kostbare Ressource, um Solarmodule staubfrei zu h alten.
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Forscher haben einen Mechanismus entwickelt, der elektrische Ladungen verwendet, um den Staub von den Panels springen zu lassen.
Sonnenlicht und Land im Überfluss machen Wüsten ideal, um Sonnenkollektoren zu installieren, aber sie haben auch viel Staub, was ihre Wirksamkeit verringert. Wir brauchen einen neuen Weg, um Solarmodule staubfrei zu h alten.
Wasser spielt eine wichtige Rolle, um die Paneele staubfrei zu h alten, aber es ist eine wertvolle Ressource, die an anderer Stelle besser genutzt wird. Auf der Suche nach besseren Alternativen haben MIT-Forscher eine neue Reinigungsmethode für Solarmodule entwickelt, die elektrische Ladungen verwendet, um die Staubpartikel abzustoßen, wodurch sie im Wesentlichen von den Modulen springen.
„Das Forschungspapier ist nützlich für weitere Fortschritte beim Problem der Verschmutzung durch PV (Photovoltaik)“, sagte Matthew Muller, Ingenieur in der PV Performance and Reliability Group am National Renewable Energy Laboratory (NREL), Lifewire per E-Mail. „Das Papier ist gut geschrieben, ist ein nützlicher Schritt in der langfristigen Arbeit, um PV-Verschmutzung anzugehen, und daher sind einige der beschriebenen Experimente sehr nützlich für die Gemeinschaft.“
Bite the Dust
In ihrer Arbeit zitieren der MIT-Student Sreedath Panat und der Professor für Maschinenbau Kripa Varanasi Prognosen, denen zufolge Solarenergie bis 2030 10 Prozent der weltweiten Stromerzeugung ausmachen wird.
Sie argumentieren, dass trotz jüngster Verbesserungen in der PV-Technologie zur Verbesserung der Effizienz von Solarmodulen die Staubansammlung eine der größten betrieblichen Herausforderungen für die Branche ist.
Staub, erklärt Muller, landet aufgrund von Gravitations- und anderen Ablagerungsmethoden auf dem Solarpanel. „Die Staubpartikel blockieren dann die Lichtübertragung in die Solarzelle und bewirken so eine Leistungsreduzierung bei gegebener externer Bestrahlungsstärke. Wir sehen Verluste durch PV-Verschmutzung in den USA im Bereich von 0-7 %, wobei 7 % Verluste auf staubige Regionen im Südwesten entfallen“, erklärte Muller.
Darüber hinaus geben die Forscher an, dass sich in rauen Umgebungen wie mitten in einer Wüste Staub mit Raten von fast 1 g/m2 pro Tag ansammelt und sich, wenn er nicht gereinigt wird, bis zu 3 mg/cm2 darunter anhäufen kann ein Monat. Um das ins rechte Licht zu rücken, entspricht eine Staubansammlung von 5 mg/cm2 einem Leistungsverlust von fast 50 Prozent, teilen die Forscher mit. Um das in Geld auszudrücken, sagen sie, dass ein durchschnittlicher Stromverlust von 3-4 Prozent auf globaler Ebene einem wirtschaftlichen Verlust von 3 US-Dollar entspricht.3 bis 5,5 Milliarden US-Dollar.
Kein Wunder also, dass riesige Mengen an Ressourcen für die Reinigung der Solarmodule aufgewendet werden, manchmal sogar mehrmals im Monat, je nach Stärke der Verschmutzung.
Die gebräuchlichste Reinigungsmethode ist die Verwendung von Druckwasserstrahlen und Sprays, die nach Schätzungen der Forscher bis zu 10 Prozent der Betriebs- und Wartungskosten von Solarparks ausmachen können.
Andere Forscher haben berechnet, dass Solarkraftwerke pro 100 MW erzeugter Elektrizität pro Jahr etwa 1 bis 5 Millionen Gallonen Wasser für die Reinigung verbrauchen. Hochgerechnet bedeutet dies bis zu 10 Milliarden Gallonen Wasser für die Reinigung von Solarmodulen, was Schätzungen zufolge ausreicht, um den jährlichen Wasserbedarf von bis zu 2 Millionen Menschen zu decken.
Sauberer Kurzurlaub?
Trockenscheuern ist eine Alternative zur Reinigung auf Wasserbasis, aber dies ist nicht so effektiv und birgt die Gefahr, dass die Platten zerkratzt werden und ihre Wirksamkeit irreversibel verringert wird.
Die elektrostatische Reinigung von Solarmodulen, die weder Wasser verwendet noch die Risiken des Kontaktscheuerns mit sich bringt, hat sich als aufregende Alternative herausgestellt. Elektrodynamische Siebe (EDS) sind die beliebtesten elektrostatischen Staubentfernungssysteme, und diese werden auf dem Mars-Rover verwendet, betont Muller.
Die Forscher argumentieren jedoch, dass es mehrere Herausforderungen für die Implementierung von EDS in Solarmodulen auf der Erde gibt, wie z. B. das Eindringen und die Ansammlung von Feuchtigkeit, die schließlich zu einem elektrischen Kurzschluss der Elektroden führen könnten.
Ihr vorgeschlagener Mechanismus baut auf der bestehenden elektrostatischen Reinigungsmethode auf und verwendet elektrische Ladungen, um zu bewirken, dass sich Staubpartikel lösen und von der Oberfläche der Platten springen. Das System kann automatisch mit einem einfachen Elektromotor und Führungsschienen an der Seite der Platte betrieben werden.
Die Technologie ist spannend, aber erst auf Forschungsniveau und damit noch lange nicht kommerziell nutzbar, erinnert Muller. Außerdem fügt er hinzu, dass die Forscher Tests mit Straßenstaub durchgeführt haben, was ein Idealfall sei.
"In [der] realen Welt kann der Boden viel komplexer sein … und daher funktioniert das Gerät möglicherweise nicht in einer Reihe von Umgebungen."
