تأثیر گرد و غبار بر سیستم های PV در محیط های خشک ساحلی

یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه امام عبدالرحمن بن فیصل عربستان سعودی یک مطالعه تجربی در مورد چگونگی تأثیر ترکیبات مختلف غبار بر عملکرد فتوولتائیک انجام داده است. این مطالعه چهار نوع گرد و غبار-مونتموریلونیت، کائولینیت، بنتونیت، و گرد و غبار طبیعی-روی صفحات خورشیدی فعال در محیط‌های خشک ساحلی را مورد بررسی قرار داد.

این گروه توضیح داد: «یافته‌های این مطالعه دارای مفاهیم عملی برای بهینه‌سازی نگهداری PV در مناطق خشک ساحلی است. "با پیوند دادن ترکیب گرد و غبار به مکانیسم‌های تخریب، ذینفعان می‌توانند برنامه‌های تمیز کردن را اولویت‌بندی کنند یا پوشش‌های متناسب با مواد معدنی غالب را انتخاب کنند. به عنوان مثال، پوشش‌های آبگریز ممکن است رطوبت را در محیط‌های غنی از کلسیم- کاهش دهند، در حالی که آهن{4}از مواد غنی از حرارت{5{4} سود می‌برد."

این آزمایش ها در جبیل، شهری در سواحل خلیج فارس عربستان سعودی، که تحت سیستم آب و هوایی کوپن به عنوان BWh (صحرای گرم) طبقه بندی شده است، انجام شد. یک پانل PV پلی کریستالی 20 وات برای آزمایش عملکرد در فضای باز بین 9 تا 29 سپتامبر 2025 استفاده شد. در حداکثر توان، پانل جریان 1.14 A و ولتاژ 17.6 ولت را با ولتاژ مدار باز 21.1 ولت و جریان کوتاه Acir{9} ارائه کرد.

خاک رس های مونت موریلونیت، کائولینیت و بنتونیت به عنوان پودرهای معدنی تجاری تهیه شده و به کمتر از 45 میکرومتر الک شده اند. نمونه های گرد و غبار طبیعی به صورت دستی از سطوح شیشه ای در معرض شرایط محیطی در جوبیل جمع آوری شد. رسوب گرد و غبار در هفت مرحله انجام شد که با چگالی سطحی حدود 1.0 گرم بر متر مربع شروع شد و به طور تدریجی تا حدود 7.0 گرم در متر مربع افزایش یافت. اندازه گیری ها پس از هر مرحله رسوب گیری انجام شد.

دانشگاهیان گفتند: «تحلیل کانی‌شناسی از طریق SEM-EDX نمایه‌های ترکیبی متمایزی را نشان داد که مستقیماً با الگوهای کاهش عملکرد مرتبط است. گرد و غبار طبیعی که با محتوای سیلیس بالا (37/25 درصد) و اکسید کلسیم (52/30 درصد) مشخص می‌شود، به عنوان مضرترین آلاینده ظاهر شد و باعث کاهش قدرت 48 درصدی در چگالی رسوب 6 گرم بر متر مربع از طریق پراکندگی نور ترکیبی و سیمان‌کاری رطوبتی شد.

گرد و غبار غنی از کلسیم به ویژه در شرایط ساحلی مشکل ساز است، جایی که رطوبت بالا (رطوبت نسبی 40 تا 65 درصد) ذرات سست را به لایه های چسبنده مقاوم در برابر مکانیسم های تمیز کردن طبیعی تبدیل می کند. در مقابل، محتوای آهن بالای مونت موریلونیت (62.67٪) به تخریب حرارتی کمک کرد، دمای سطح پانل را به 40.4 درجه سانتیگراد افزایش داد و ولتاژ مدار باز را کاهش داد.

"رطوبت به‌جای یک عامل استرس‌زا مستقل، به‌عنوان یک عامل تقویت حیاتی پدیدار شد، و زمانی که رطوبت نسبی از 60 بیشتر شد، راندمان را 15 تا 30 درصد کاهش داد. این آستانه نشان‌دهنده گذار از خاک‌زدگی برگشت‌پذیر به چسبندگی سیمانی است، جایی که نیروهای مویرگی ذرات گرد و غبار را به سطح PV با قدرت کافی برای حذف آکادمیک توضیح می‌دهد.{4} "تحلیل روزانه نشان داد که تولید برق بهینه در ساعات صبحگاهی با رطوبت کم (8:00 تا 11:30 صبح، بازده 12 تا 13٪) اتفاق می‌افتد، در حالی که دوره‌های بعدازظهر 20 تا 25٪ کاهش راندمان را تجربه می‌کنند.

این تیم همچنین دریافت که آلودگی ذرات به طور قابل‌توجهی بر کاهش عملکرد تأثیر می‌گذارد، به طوری که شاخص کیفیت هوا (AQI) همبستگی منفی قوی‌تری با راندمان نسبت به رطوبت به تنهایی نشان می‌دهد. آنها نتیجه گرفتند: «در سطوح AQI بیش از 160، اثرات ترکیبی پراکندگی نور توسط ذرات معلق در هوا و کثیفی سطحی، راندمان تبدیل را به زیر 10 درصد کاهش داد، حتی در تراکم رسوب گرد و غبار متوسط ​​(3 تا 4 گرم بر متر مربع)».

یافته‌های آن‌ها در «مطالعه تجربی و مدل‌سازی تأثیر ترکیب گرد و غبار بر عملکرد فتوولتائیک در محیط‌های خشک ساحلی» منتشر شده در مجله تحقیقات و فناوری مواد موجود است. دانشمندانی از دانشگاه امام عبدالرحمن بن فیصل عربستان سعودی، سازمان انرژی اتمی مصر و دانشگاه عین شمس مصر در این مطالعه شرکت کرده اند.