Atmosférický prach je jedním z klíčových faktorů ovlivňujících účinnost výroby solární energie. Znečištění prachem výrazně sníží výrobu energie ve fotovoltaických elektrárnách, která se odhaduje na minimálně 5 procent ročně. Pokud se očekává, že celosvětová instalovaná kapacita dosáhne v roce 2020 asi 500 GW, bude roční výroba elektřiny snížena kvůli prachu. Ekonomická ztráta způsobená objemem bude až 5 miliard amerických dolarů. Vzhledem k tomu, že instalovaná základna elektráren neustále roste, bude tato ztráta stále závažnější – až bude celosvětová instalovaná kapacita v roce 2030 přibližně 1400 GW, očekává se, že ekonomické ztráty způsobené prachem budou až 13 miliard amerických dolarů.
01
teplotní efekt
V současné době fotovoltaické elektrárny většinou využívají křemíkové {{0}}moduly solárních článků, které jsou velmi citlivé na teplotu. S nahromaděním prachu na povrchu modulů se zvyšuje tepelný odpor fotovoltaických modulů a stávají se tepelně izolační vrstvou na fotovoltaických modulech, ovlivňující jejich odvod tepla. . Studie ukázaly, že teplota solárních článků vzroste o 1 stupeň a výstupní výkon se sníží asi o 0,5 procenta. Při dlouhodobém vystavení bateriového modulu slunečnímu záření se navíc zakrytá část zahřeje mnohem rychleji než nezakrytá a při příliš vysoké teplotě vznikají spálená tmavá místa. Za normálních světelných podmínek se zastíněná část panelu změní z jednotky na výrobu energie na jednotku spotřeby energie a zastíněný fotovoltaický článek se stane zatěžovacím odporem, který nevyrábí elektřinu, spotřebovává energii generovanou připojenou baterií, která je generování tepla, což je efekt horkého bodu. Tento proces zhorší stárnutí panelu baterie, sníží výkon a ve vážných případech způsobí vyhoření součástí.
02
okluzní efekt
Prach ulpívá na povrchu bateriového panelu, který bude blokovat, absorbovat a odrážet světlo, z nichž nejdůležitější je blokování světla. Odraz, absorpce a stínící účinek prachových částic na světlo ovlivňuje absorpci světla fotovoltaickými panely, a tím ovlivňuje účinnost výroby fotovoltaické energie. Prach usazený na světlo-přijímacím povrchu součástí panelu za prvé sníží propustnost světla povrchem panelu; za druhé se změní úhel dopadu určitého světla, což způsobí nerovnoměrné šíření světla ve skleněném krytu. Studie ukázaly, že za stejných podmínek je výstupní výkon čistých panelových komponent alespoň o 5 procent vyšší než u znečišťujících modulů, a čím vyšší je množství znečištění, tím větší je pokles výstupního výkonu modulu.
03
Korozní účinky
Povrch fotovoltaických panelů je převážně ze skla a hlavními složkami skla jsou oxid křemičitý a vápenec. Když se na povrchu skleněného krytu usadí vlhký kyselý nebo zásaditý prach, mohou součásti skleněného krytu reagovat s kyselinou nebo zásadou. S prodlužující se dobou působení skla v kyselém nebo alkalickém prostředí bude povrch skla pomalu erodovat, což má za následek vznik důlků a důlků na povrchu, což má za následek difúzní odraz světla na povrchu krycí desky, a rovnoměrnost šíření ve skle je zničena. Čím hrubší je krycí deska fotovoltaického modulu, tím menší je energie lomu světla a skutečná energie dopadající na povrch fotovoltaického článku se snižuje, což má za následek snížení výroby energie fotovoltaického článku. A drsné, lepkavé povrchy se zbytky lepidla mají tendenci hromadit více prachu než hladší povrchy. Navíc prach sám přitahuje prach. Jakmile se objeví počáteční prach, povede to k většímu hromadění prachu a urychlí se útlum výroby energie fotovoltaických článků.
04
Teoretická analýza čištění prachu
Skleněný povrch fotovoltaických modulů umístěných venku může zachycovat a hromadit prachové částice a vytvářet prachový kryt, který brání pronikání světla do článků. Gravitace, van der Waalsovy síly a síly elektrostatického pole přispívají k hromadění prachu. Prachové částice nejen silně interagují s povrchem fotovoltaického skla, ale také se vzájemně ovlivňují. Čištění prachu znamená odstranění prachu z povrchu panelu. Pro odstranění prachu z povrchu bateriové desky je nutné překonat adhezi mezi prachem a bateriovou deskou. Prach na desce baterie má určitou tloušťku. Při čištění může být na vrstvu prachu aplikováno paralelní zatížení, zatížení pod určitým úhlem (nebo svisle) vůči desce baterie nebo točivý moment, aby se zničila adheze mezi prachem a deskou baterie. Aditivní efekt, čímž se odstraňuje prach.
q—zátěž rovnoběžná s deskou baterie; F – zátěž pod určitým úhlem nebo kolmo k desce baterie; M – rotační moment působící na vrstvu prachu
Pro odstranění prachových částic je nutné překonat tangenciální adhezní sílu a normální adhezní sílu prachových částic. Normální adhezní síla je adhezní síla mezi prachovými částicemi a deskou baterie a tangenciální adhezní síla je relativně malá a lze ji obecně ignorovat. . Pokud je prach odstraněn z vertikálního směru, je nutné pouze překonat normální adhezní sílu, jako je čištění vodou, proces smáčení prachových částic, hlavně k překonání normální adhezní síly. Když se voda čistí, zvětšuje se hlavně mezimolekulární vzdálenost, což snižuje van der Waalsovu přitažlivost a vytváří vztlak a překonává van der Waalsovu sílu a gravitaci adhezní síly prachových částic. Přidáním povrchově aktivní látky do vody je efekt výraznější a také generuje silnou elektrostatickou sílu, která odstraňuje prach z panelů. Tangenciální adhezní síla musí být také překonána, když se prachové částice pohybují vzhledem k desce baterie.