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積聚在太陽能電池板上的灰塵是一個主要問題，但清洗電池板需要大量的水。麻省理工學院的工程師現(xiàn)在已經開發(fā)出一種無水清潔方法，用于去除缺水地區(qū)太陽能裝置上的灰塵，從而提高整體效率。信用：由研究人員提供

一種新的清潔方法可以去除缺水地區(qū)太陽能裝置上的灰塵，從而提高整體效率。

到 2030 年，太陽能預計將達到全球發(fā)電量的 10%，其中大部分可能位于陽光充足的沙漠地區(qū)。但太陽能電池板或鏡子上的灰塵積聚已經是一個重大問題——它可以在短短一個月內將光伏電池板的輸出減少多達 30%——因此定期清潔對于此類安裝至關重要。

但據(jù)估計，目前清潔太陽能電池板每年需要使用約 100 億加侖的水——足以為多達 200 萬人提供飲用水。嘗試無水清潔是勞動密集型的，并且往往會導致表面不可逆轉的劃痕，這也會降低效率?，F(xiàn)在，麻省理工學院的一組研究人員設計了一種自動清潔太陽能電池板或太陽能熱電廠鏡子的方法，采用無水、非接觸系統(tǒng)，可以顯著減少灰塵問題，他們說。

新系統(tǒng)使用靜電排斥使灰塵顆粒分離并從面板表面幾乎飛出，無需水或刷子。為了激活該系統(tǒng)，一個簡單的電極通過太陽能電池板表面的正上方，將電荷傳遞給灰塵顆粒，然后它們被施加到面板本身的電荷排斥。該系統(tǒng)可以使用簡單的電動機和面板側面的導軌自動運行。該研究于 2022 年 3 月 11 日發(fā)表在《科學進展》雜志上，由麻省理工學院研究生 Sreedath Panat 和機械工程教授 Kripa Varanasi 撰寫。

瓦拉納西說，盡管世界各地齊心協(xié)力開發(fā)更高效的太陽能電池板，但“像灰塵這樣的普通問題實際上會對整個事情造成嚴重影響。” Panat 和 Varanasi 進行的實驗室測試表明，面板的能量輸出在灰塵積累過程的一開始就急劇下降，并且在沒有清潔的情況下僅一個月就可以輕松達到 30% 的減少。他們計算，對于 150 兆瓦的太陽能裝置，即使功率降低 1%，也可能導致年收入損失 200,000 美元。研究人員表示，在全球范圍內，太陽能發(fā)電廠的發(fā)電量減少 3% 至 4% 將造成 33 億美元至 55 億美元的損失。

“太陽能材料方面有很多工作要做，”瓦拉納西說。“他們正在突破界限，試圖在這里和那里獲得幾個百分點來提高效率，而在這里你有一些東西可以立即消除所有這些。”

世界上許多最大的太陽能裝置，包括中國、印度、阿聯(lián)酋和美國的裝置，都位于沙漠地區(qū)。用于使用加壓水射流清潔這些太陽能電池板的水必須從遠處運來，而且必須非常純凈，以免在表面留下沉積物。有時會使用干擦，但在清潔表面時效果較差，并且會導致永久性刮擦，從而降低透光率。

水清潔約占太陽能裝置運營成本的 10%。研究人員說，新系統(tǒng)可能會降低這些成本，同時通過允許更頻繁的自動清潔來提高整體功率輸出。

新系統(tǒng)使用靜電排斥使灰塵顆粒分離并從面板表面幾乎飛出，無需水或刷子。信用：由研究人員提供

“太陽能行業(yè)的水足跡令人難以置信，”瓦拉納西說，隨著這些裝置在全球范圍內的不斷擴大，水足跡將會增加。“因此，該行業(yè)必須非常謹慎和深思熟慮如何使其成為可持續(xù)的解決方案。”

其他小組試圖開發(fā)基于靜電的解決方案，但這些都依賴于稱為電動屏幕的層，使用叉指電極。Varanasi 說，這些屏幕可能存在允許水分進入并導致其失效的缺陷。他說，雖然它們可能在像火星這樣的地方有用，那里的水分不是問題，即使在地球上的沙漠環(huán)境中，這也可能是一個嚴重的問題。

他們開發(fā)的新系統(tǒng)只需要一個電極，它可以是一個簡單的金屬棒，通過面板，產生一個電場，在塵埃顆粒移動時給它帶來電荷。將相反電荷施加到沉積在太陽能電池板玻璃覆蓋層上的僅幾納米厚的透明導電層上，然后排斥顆粒，通過計算施加的正確電壓，研究人員能夠找到足以克服的電壓范圍重力和附著力的拉動，使灰塵被帶走。

Panat 說，使用專門準備的具有各種顆粒大小的實驗室灰塵樣本，實驗證明該過程在實驗室規(guī)模的測試裝置上有效。測試表明，空氣中的濕度會在顆粒上形成一層薄薄的水層，這對于使效果發(fā)揮作用至關重要。“我們在 5% 到 95% 的不同濕度下進行了實驗，”Panat 說。“只要環(huán)境濕度大于 30%，你就可以從表面去除幾乎所有的顆粒，但隨著濕度的降低，它會變得更難。”

瓦拉納西說：“好消息是，當濕度達到 30% 時，大多數(shù)沙漠實際上都屬于這種狀態(tài)。” 即使是那些通常比這更干燥的地方，在清晨也往往具有更高的濕度，從而導致結露，因此可以相應地定時清潔。

“此外，與之前關于電動屏幕的一些工作不同，這些工作實際上不能在高濕度甚至中等濕度下工作，我們的系統(tǒng)可以無限期地在高達 95% 的濕度下工作，”帕納特說。

實際上，在規(guī)模上，每個太陽能電池板都可以在每一側安裝欄桿，電極橫跨面板。一個小型電動機，可能使用面板本身輸出的一小部分，將驅動一個皮帶系統(tǒng)將電極從面板的一端移動到另一端，從而使所有灰塵脫落。整個過程可以自動化或遠程控制?；蛘?，導電透明材料的薄條可以永久地布置在面板上方，從而無需移動部件。

Varanasi 說，通過消除對卡車運水的依賴、消除可能含有腐蝕性化合物的灰塵積聚以及降低總體運營成本，此類系統(tǒng)有可能顯著提高太陽能裝置的整體效率和可靠性。

原標題：麻省理工學院不用水清潔太陽能電池板的聰明方法