Vpliv prahu na fotovoltaične sisteme v sušnih obalnih okoljih

Raziskovalna skupina, ki jo vodi univerza imama Abdulrahmana Bin Faisala iz Savdske Arabije, je izvedla eksperimentalno študijo o tem, kako različne sestave prahu vplivajo na delovanje fotovoltaike. Študija je preučevala štiri vrste prahu-montmorilonit, kaolinit, bentonit in naravni prah-na sončnih kolektorjih, ki delujejo v sušnih obalnih okoljih.

"Ugotovitve te študije imajo praktične posledice za optimizacijo vzdrževanja PV v sušnih obalnih regijah," je pojasnila skupina. "S povezovanjem sestave prahu z mehanizmi razgradnje lahko zainteresirane strani določijo prednostne razporede čiščenja ali izberejo premaze, prilagojene prevladujočim mineralom. Na primer, hidrofobni premazi lahko ublažijo oprijem-povzročen z vlago v okoljih-bogatih s kalcijem, medtem ko bi regije,-bogate z železom, lahko imele koristi od toplotno-odpornih materialov."

Poskusi so bili izvedeni v Jubailu, mestu na obali Perzijskega zaliva v Savdski Arabiji, razvrščenem kot BWh (vroča puščava) po podnebnem sistemu Köppen. Polikristalna fotonapetostna plošča z močjo 20 W je bila uporabljena za testiranje delovanja na prostem med 9. in 29. septembrom 2025. Pri največji moči je plošča oddala tok 1,14 A in napetost 17,6 V, z napetostjo odprtega -vezja 21,1 V in tokom-kratkega stika 1,29 A.

Montmorilonitne, kaolinitne in bentonitne gline so bile pridobljene kot komercialni mineralni prah in presejane na manj kot 45 μm. Vzorci naravnega prahu so bili ročno zbrani s steklenih površin, izpostavljenih okoljskim pogojem v Jubailu. Odlaganje prahu je bilo izvedeno v sedmih stopnjah, začenši s površinsko gostoto okoli 1,0 g/m² in postopoma naraščajoči do približno 7,0 g/m². Meritve so bile opravljene po vsaki stopnji nanašanja.

»Mineralška analiza prek SEM-EDX je razkrila različne kompozicijske profile, ki so neposredno povezani z vzorci poslabšanja zmogljivosti,« so povedali akademiki. "Naravni prah, za katerega je značilna visoka vsebnost silicijevega dioksida (25,37 %) in kalcijevega oksida (30,52 %), se je izkazal kot najbolj škodljiv onesnaževalec, ki povzroča 48-odstotno izgubo moči pri gostoti usedanja 6 g/m2 s kombiniranim sipanjem svetlobe in higroskopskim cementiranjem."

Ugotovljeno je bilo, da je prah-bogat s kalcijem še posebej problematičen v obalnih razmerah, kjer povišana vlažnost (40–65 % relativne vlažnosti) spremeni ohlapne delce v sprijete plasti, odporne na naravne mehanizme čiščenja. V nasprotju s tem je povišana vsebnost železa v montmorilonitu (62,67 %) prispevala k toplotni razgradnji, dvigu temperature površine plošče na 40,4 C in zmanjšanju napetosti odprtega -vezja.

"Vlažnost se je pojavila kot kritičen faktor ojačanja in ne kot neodvisen dejavnik stresa, ki je zmanjšal učinkovitost za 15–30 %, ko je relativna vlažnost presegla 60%. Ta mejna vrednost označuje prehod od reverzibilne umazanije do cementne adhezije, kjer kapilarne sile vežejo prašne delce na fotonapetostno površino z zadostno močjo, da se uprejo odstranjevanju,-ki ga poganja veter," so nadalje pojasnili akademiki. "Dnevna analiza je pokazala, da se optimalna proizvodnja električne energije zgodi v jutranjih urah z nizko{6}}vlažnostjo (8:00–11:30, učinkovitost 12–13 %), medtem ko se v popoldanskih obdobjih izguba učinkovitosti zmanjša za 20–25 %.

Skupina je tudi ugotovila, da onesnaženje s trdnimi delci pomembno vpliva na poslabšanje delovanja, pri čemer je indeks kakovosti zraka (AQI) pokazal močnejšo negativno korelacijo z učinkovitostjo kot sama vlažnost. "Pri ravneh AQI, ki presegajo 160, so kombinirani učinki sipanja svetlobe zaradi aerosolov v zraku in površinske umazanije zmanjšali učinkovitost pretvorbe pod 10 %, tudi pri zmerni gostoti usedanja prahu (3–4 g/m2)," so zaključili.

Njihove ugotovitve so na voljo v "Eksperimentalni in modelni študiji vpliva sestave prahu na fotovoltaično delovanje v sušnih obalnih okoljih", objavljeni v Journal of Materials Research and Technology. V študiji so sodelovali znanstveniki z univerze Imam Abdulrahman Bin Faisal v Savdski Arabiji, egiptovske uprave za jedrsko energijo in egiptovske univerze Ain Shams.