Природа подсказала. Ученые придумали самоочищающиеся солнечные панели - ради КПД
Ученые из Университета имени Бен-Гуриона (Израиль) предложили остроумный и простой способ очищения солнечных панелей от пыли.
Эта проблема значительно снижала коэффициент полезного действия солнечных электростанций, но определенное воздействие на микроскопические силы и механизмы (новый метод) удаляет 98% частиц пыли с поверхности солнечных батарей, что существенно повышает их КПД, передают ЭлектроВести.
В новом исследовании, опубликованном в научном журнале Langmuir, израильские изобретатели изложили суть нового метода самоочищающихся поверхностей солнечной панели. За пример взят цветок лотоса, который в любых условиях остается белоснежным и без пыли. Оказалось, что изменение поверхностных свойств на 45% снижает количество пыли, оседающей на поверхности солнечных панелей. Иными словами, как минимум вдвое можно усилить потенциал применения солнечной энергии в пустыне, например.
Адгезия (прилипание) пыли к солнечным панелям - проблема №1 для любой солнечной электростанции. В районах с высокой плотностью пыли, таких как пустыня Негев в Израиле, она должна быть решена как можно скорее.
«В природе мы наблюдаем, что лист лотоса остается без пыли и патогенов благодаря своей нанотекстурированной поверхности и тонкому восковому гидрофобному покрытию, которое отталкивает воду. В пустыне пыль накапливается на поверхности солнечных элементов, а их постоянная очистка весьма трудоемка. Вот почему мы сымитировали поведение [лотоса] на солнечном элементе», - пояснила Табея Хекенталер из Института водных ресурсов имени Цукерберга.
Ученые исследовали эффект модификации кремниевой подложки (Si), полупроводника, используемого в фотоэлектрических элементах, чтобы имитировать самоочищающиеся свойства листьев лотоса - когда вода скатывается с листьев и уносит с собой загрязнения.
Известно, что супергидрофобность уменьшает трение между каплями воды и поверхностью, тем самым позволяя каплям воды сносить чистые частицы с поверхностей. Однако силы, которые прикрепляют частицы к поверхностям во время механизма самоочищения, и влияние нанотекстур на эти силы, до конца не изучены.
Чтобы пролить свет на эти силы и влияние нанотекстуры на них, израильские ученые подготовили четыре солнечные панели на основе кремния:
- гладкие гидрофильные;
- нанотекстурированные гидрофильные поверхности;
- гладкие гидрофобные;
- нанотекстурированные гидрофобные поверхности.
Нужный результат был достигнуто путем влажного химического травления поверхности для создания нанопроволок на поверхности и нанесения дополнительного гидрофобного покрытия.
Удаление частиц увеличилось с 41% на гидрофильных гладких кремниевых пластинах до 98% на супергидрофобных нанотекстурированных кремний-содержащих поверхностях. Результаты были научно подтверждены после измерения атомно-силовым микроскопом адгезии (прилегания) частиц микронного размера к плоской и нанотекстурированной подложке. Оказалось, что адгезия в воде снижается в 30 раз.
По словам разработчиков, причиной увеличения соскальзывания грязных частиц стало не низкое трение между каплями и супергидрофобными поверхностями, а увеличение силы, которая отделяет эти частицы от поверхностей. Экспериментальные методы и критерий удаления частиц, полученные в лабораторных условиях, легко могут быть воссозданы при производстве самоочищающихся поверхностей различной химической природы или текстуры, отмечают ученые.
Ранее сообщалось, что ученые Индии и США доказали, что пыль и загрязнение воздуха значительно снижают эффективность солнечных электростанций из-за рассеяния солнечной энергии.
