4 августа 2023, 07:00

Уральские ученые нашли способ защитить солнечные батареи от пыли

Ученые и аспиранты Политехнического института ЮУрГУ запатентовали устройство, предотвращающее загрязнение поверхности солнечных батарей. Устройство позволит повысить эффективность выработки электроэнергии как частными солнечными модулями, так и солнечными батареями на крупных электростанциях.

Снижение производительности солнечного модуля может происходить в результате его перегрева, механического повреждения, загрязнения. Это приводит к деградации и требует дальнейшей утилизации, что также является проблемой солнечной энергетики.

«Проблема запыления солнечных модулей особо остро стоит в регионах, для которых характерны пылевые и песчаные бури. Даже мелкодисперсная пыль нашего района вносит свои негативные последствия в работу солнечных модулей. Упавший на его поверхность листочек уже создает затенение на некотором участке модуля и снижает объем вырабатываемой электроэнергии», – поясняет профессор кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» Ирина Кирпичникова.

Устройство, разработанное на кафедре электрических станций, сетей и систем электроснабжения ЮУрГУ, устанавливается поверх солнечного модуля. Оно состоит из рамки, изготовленной из диэлектрического материала, на которой параллельно расположены тонкие провода: один из них имеет потенциал «плюс», другой – потенциал «минус». По проводам подается напряжение от 6 000 до 12 000 В. Для питания рамки практически не требуется затрат энергии, так как, ток при создании импульса высокого напряжения составляет лишь несколько миллиампер.

Новый День: Уральские ученые нашли способ защитить солнечные батареи от пыли

Провода могут иметь как горизонтальную ориентацию, так и вертикальную – эффективность в обоих случаях примерно одинаковая. Частица пыли имеет свой естественный электрический заряд, попадая в электрическое поле разработанного устройства, под воздействием физических и электрических сил, притягивается к одному из электродов. Если частица имеет положительный заряд, то она задерживается на электроде отрицательного заряда, и наоборот.

«При выборе варианта конструкции устройства учитывался ряд параметров. Например, должна учитываться электрическая прочность воздуха, чтобы избежать его электрических пробоев (в природе это молнии). Диаметр проводов подбирается таким образом, чтобы не происходило затенение солнечного модуля более чем на 6% – 8%. Параметры межэлектродного расстояния были определены опытным путем», – рассказывает аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» Валерия Шестакова.

Таким образом, частицы пыли осаждаются на устройстве, не достигая поверхности солнечного модуля. По мере загрязнения защитного устройства, оно демонтируется с солнечного модуля, и очищается под проточной водой. После высыхания естественным путем «защитная рамка» снова готова к эксплуатации.

Учеными было проведено моделирование процессов осаждения пыли на поверхность модуля с помощью специального программного обеспечения. Эффективность работы солнечной батареи, защищенной высоковольтным устройством, изучалась при наиболее оптимальном расположении солнечного модуля, которое соответствовало географической широте нашего региона – под углом 55% на территории промышленного предприятия, расположенного рядом с источником запыления – грунтовой дорогой.

Экспериментальные исследования показали, что срок окупаемости защищающего от пыли устройства – до 8 месяцев на один солнечный модуль. Устройство покрывает потери в выработке электроэнергии модулем из-за его затенения и снижает потребление чистой воды для мытья солнечных модулей.

Особое внимание разработчиков уделено возможности применения устройства в других областях народного хозяйства (например, в ЖКХ для защиты оконных стекол от запыления). Также авторами разработки предложены рекомендации как по совершенствованию устройства конструкции, так и по определению режимных параметров и используемых материалов.