Forskere udvikler ny metode til at fjerne støv på solpaneler

Med udgangspunkt i lotusbladets selvrensende egenskaber, forskere ved Ben-Gurion University of the Negev har kastet nyt lys over mikroskopiske kræfter og mekanismer, der kan optimeres til at fjerne støv fra solpaneler for at opretholde effektivitet og lysabsorption. Den nye teknik fjernede 98 procent af støvpartiklerne.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Langmuir , forskerne bekræftede, at ændring af overfladeegenskaberne af solpaneler i høj grad kan reducere mængden af ​​tilbageværende støv på overfladen, og betydeligt øge potentialet for solenergihøstapplikationer i ørkenen.

Støvadhæsion på solpaneler er en stor udfordring for energiindsamling gennem fotovoltaiske celler og termiske solfangere. Nye løsninger er nødvendige for at opretholde maksimal opsamlingseffektivitet i områder med høj støvtæthed, såsom Negev-ørkenen i Israel.

"I naturen, vi observerer, at lotusbladet forbliver støv- og patogenfrit på grund af dets nanoteksturerede overflade, og en tynd voks, hydrofob belægning, der afviser vand, " siger Tabea Heckenthaler, en kandidatstuderende fra Düsseldorf Tyskland ved BGU Zuckerberg Institute for Water Research, Jacob Blaustein Institutes for Desert Research. "I ørkenen, støv samler sig på overfladen af ​​solceller, og det er arbejdskrævende at rengøre dem konstant, så vi forsøger at efterligne denne adfærd på en solcelle."

Forskerne undersøgte effekten af ​​at modificere et siliciumsubstrat (Si), en halvleder, der bruges i fotovoltaiske celler, at efterligne lotusbladets selvrensende egenskaber, som vandet ruller ned af bladene og fjerner forurening.

Det er kendt, at superhydrofobicitet reducerer friktionen mellem vanddråber og overfladen, dermed tillader vanddråber at glide rene partikler fra overflader. Imidlertid, de kræfter, der fastgør og løsner partikler fra overflader under den selvrensende mekanisme, og effekten af ​​nanoforbindelser på disse kræfter, forstås ikke fuldt ud.

For at kaste lys over disse kræfter og virkningen af ​​nanotekstur på dem, forskerne forberedte fire siliciumbaserede prøver, der var relevante for solpaneler:(1) glatte hydrofile (2) nanoteksturerede hydrofile overflader og (3) glatte hydrofobe (4) nanoteksturerede hydrofobe overflader. Dette blev opnået ved at vådkemisk ætse overfladen for at skabe nanotråde på overfladen, og yderligere påføring af en hydrofob belægning.

Partikelfjernelse steg fra 41 procent på hydrofile glatte Si-skiver til 98 procent på superhydrofobe Si-baserede nanotekstruerede overflader. Forskerne bekræftede disse resultater ved at måle adhæsionen af ​​en partikel i mikronstørrelse til det flade og nanoteksturerede substrat ved hjælp af et atomkraftmikroskop. De fandt ud af, at vedhæftningen i vand er reduceret med en faktor på 30.

"Vi fastslog, at årsagen til den øgede partikelfjernelse ikke er lav friktion mellem dråberne og de superhydrofobe overflader, " siger Heckenthaler. "Snarere, det er stigningen i de kræfter, der kan løsne partikler fra overfladerne. De eksperimentelle metoder, vi brugte, og kriteriet for partikelfjernelse, vi udledte, kan implementeres til at konstruere selvrensende overflader, der udviser forskellige kemier og/eller teksturer."