Η ηλιακή ενέργεια θεωρείται το καύσιμο του μέλλοντος, «πράσινη», απεριόριστη και ιδανική για περιοχές με υψηλή ηλιοφάνεια, όπως η Μέση Ανατολή και η Βόρεια Αφρική. Ωστόσο, στις ίδιες αυτές περιοχές, ένας αόρατος αλλά ισχυρός εχθρός «σκιάζει» την απόδοση των φωτοβολταϊκών: η σκόνη. Νέα μελέτη αποκαλύπτει πως, ανάλογα με τη σύσταση και τις κλιματικές συνθήκες, η σκόνη μπορεί να μειώσει την παραγωγή ενέργειας έως και 48%.

Η έρευνα, που επικαλείται το περιοδικό pv, δημοσιεύτηκε στο Journal of Materials Research and Technology, και πραγματοποιήθηκε από επιστήμονες του Πανεπιστημίου Imam Abdulrahman Bin Faisal στη Σαουδική Αραβία, της Αιγυπτιακής Αρχής Ατομικής Ενέργειας και του Πανεπιστημίου Ain Shams. Η ομάδα πραγματοποίησε πειράματα στην παραθαλάσσια πόλη Τζουμπάιλ (Jubail), στις ακτές του Περσικού Κόλπου, μια περιοχή που έχει χαρακτηριστεί ως θερμή έρημος (BWh) στο κλιματικό σύστημα Köppen.

Τι έδειξε η έρευνα

Οι ερευνητές εξέτασαν τέσσερις τύπους σκόνης: μοντμοριλλονίτη, καολινίτη, μπεντονίτη και φυσική σκόνη που συλλέχθηκε από επιφάνειες εκτεθειμένες σε πραγματικές συνθήκες. Χρησιμοποίησαν φωτοβολταϊκό πάνελ 20 W, το οποίο λειτουργούσε σε εξωτερικό περιβάλλον επί τρεις εβδομάδες, με σταδιακή απόθεση σκόνης από 1 έως 7 γραμμάρια ανά τετραγωνικό μέτρο.

Τα αποτελέσματα ήταν αποκαλυπτικά: η φυσική σκόνη, πλούσια σε διοξείδιο του πυριτίου (25,37%) και οξείδιο του ασβεστίου (30,52%), προκάλεσε τη μεγαλύτερη πτώση στην απόδοση – έως και 48% απώλεια ισχύος σε πυκνότητα 6 g/m². Ο λόγος είναι ότι η σκόνη αυτή όχι μόνο εμποδίζει το φως του ήλιου να φτάσει στα φωτοβολταϊκά, αλλά, σε συνθήκες υγρασίας, «κολλάει» στην επιφάνειά τους και σχηματίζει ένα σκληρό στρώμα που δύσκολα καθαρίζεται.

Η υγρασία ως καταλύτης

Η υγρασία αποδείχθηκε καθοριστικός παράγοντας που επιδεινώνει το πρόβλημα, καθώς όταν ξεπερνούσε το 60%, η απόδοση μειωνόταν κατά 15–30%, καθώς η σκόνη μετατρεπόταν από χαλαρή επίστρωση σε συμπαγές στρώμα που αντιστέκεται ακόμα και στους ισχυρούς ανέμους.

«Η υγρασία λειτουργεί ως πολλαπλασιαστής του προβλήματος, όχι ως ανεξάρτητος παράγοντας», εξηγούν οι ερευνητές. «Από εκείνο το σημείο και πάνω, η πρόσφυση της σκόνης γίνεται τόσο ισχυρή που μόνο ο μηχανικός καθαρισμός μπορεί να την απομακρύνει».

Η ημερήσια ανάλυση των δεδομένων έδειξε ότι η μέγιστη ενεργειακή απόδοση παρατηρείται το πρωί, μεταξύ 08:00 και 11:30, όταν η υγρασία είναι χαμηλή. Αντίθετα, τα απογεύματα, καθώς αυξάνονται η θερμοκρασία και η σχετική υγρασία, η αποδοτικότητα πέφτει κατά 20–25%.

Η σύσταση της σκόνης αποδείχθηκε εξίσου κρίσιμη. Ο μοντμοριλλονίτης, για παράδειγμα, περιέχει υψηλά ποσοστά σιδήρου (62,67%), τα οποία οδηγούν σε αύξηση της θερμοκρασίας των πάνελ έως τους 40,4°C, προκαλώντας θερμική υποβάθμιση και μείωση της τάσης ανοικτού κυκλώματος. Αντίθετα, τα ασβεστούχα σωματίδια που συναντώνται συχνά σε παράκτιες περιοχές σχηματίζουν πιο προσκολλημένες επικαθίσεις, ιδιαίτερα όταν η υγρασία είναι αυξημένη, περιορίζοντας την αποτελεσματικότητα των φυσικών μηχανισμών αυτοκαθαρισμού.

Πέρα από τη σκόνη που επικάθεται απευθείας πάνω στα πάνελ, η ατμοσφαιρική ρύπανση αποδείχθηκε εξίσου επιβλαβής. Όταν ο Δείκτης Ποιότητας Αέρα (AQI) ξεπερνούσε το 160, ο συνδυασμός αιωρούμενων σωματιδίων και επιφανειακής σκόνης έριχνε την απόδοση των πάνελ κάτω από 10%, ακόμη και με μέτριες ποσότητες σκόνης.

Η έρευνα δεν μένει μόνο στα εργαστήρια. Οι επιστήμονες τονίζουν ότι, αν γνωρίζουμε από τι αποτελείται η σκόνη κάθε περιοχής, μπορούμε να φροντίζουμε καλύτερα τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Για παράδειγμα, σε περιοχές όπου η σκόνη περιέχει πολύ ασβέστιο ή υλικά που «κολλούν» με την υγρασία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ειδικές επιφάνειες που απωθούν το νερό και τη βρωμιά. Αντίθετα, σε περιοχές με σκόνη πλούσια σε σίδηρο, χρειάζονται πιο ανθεκτικά υλικά που αντέχουν τη θερμότητα. Η μελέτη θυμίζει ότι σε μέρη όπου ο ήλιος λάμπει σχεδόν όλο τον χρόνο, το πρόβλημα δεν είναι η έλλειψη φωτός, αλλά η λεπτή στρώση σκόνης που μπορεί να «σβήσει» τη δύναμή του.

Διαβάστε ακόμη