Вплив пилу на фотоелектричні системи в посушливих прибережних середовищах
Nov 03, 2025
Дослідницька група на чолі з Університетом імама Абдулрахмана Бін Фейсала з Саудівської Аравії провела експериментальне дослідження того, як різні склади пилу впливають на фотоелектричні характеристики. Дослідження вивчало чотири типи пилу-монтморилоніт, каолініт, бентоніт і природний пил-на сонячних батареях, що працюють у посушливих прибережних середовищах.
«Результати цього дослідження мають практичне значення для оптимізації обслуговування фотоелектричної системи в посушливих прибережних регіонах», — пояснила група. «Пов’язуючи склад пилу з механізмами деградації, зацікавлені сторони можуть визначати пріоритетність графіків очищення або вибирати покриття, адаптовані до домінуючих мінералів. Наприклад, гідрофобні покриття можуть пом’якшити-зумовлену вологістю адгезію-в середовищі,-насиченому кальцієм, тоді як регіони,-багаті-залізом, можуть виграти від термо-стійких матеріалів».
Експерименти проводилися в Джубайлі, місті на узбережжі Перської затоки Саудівської Аравії, яке класифікується як BWh (спекотна пустеля) за кліматичною системою Кеппена. Полікристалічна фотоелектрична панель потужністю 20 Вт використовувалася для тестування продуктивності на відкритому повітрі в період з 9 по 29 вересня 2025 року. При максимальній потужності панель видавала струм 1,14 А та напругу 17,6 В, із напругою-розімкнутого ланцюга 21,1 В і струмом-короткого замикання 1,29 А.
Монтморилонітова, каолінітова та бентонітова глини були отримані як комерційні мінеральні порошки та просіяні до менш ніж 45 мкм. Зразки природного пилу були зібрані вручну зі скляних поверхонь, які піддавалися впливу навколишніх умов у Джубайлі. Осадження пилу проводилося в сім етапів, починаючи з поверхневої щільності приблизно 1,0 г/м² і поступово збільшуючи приблизно до 7,0 г/м². Вимірювання проводили після кожного етапу осадження.
«Мінерологічний аналіз за допомогою SEM-EDX виявив чіткі композиційні профілі, які прямо корелюють із моделями погіршення продуктивності», — сказали вчені. «Природний пил, що характеризується високим вмістом кремнезему (25,37%) і оксиду кальцію (30,52%), виявився найбільш шкідливим забруднювачем, викликаючи 48% втрати потужності при щільності осадження 6 г/м2 через комбіноване розсіювання світла та гігроскопічну цементацію».
З-багатий кальцієм пил виявився особливо проблематичним у прибережних умовах, де підвищена вологість (відносна вологість 40–65%) перетворює пухкі частинки на липкі шари, стійкі до природних механізмів очищення. Навпаки, підвищений вміст заліза в монтморилоніті (62,67%) сприяв термічній деградації, підвищуючи температуру поверхні панелі до 40,4 C і знижуючи напругу розімкнутого ланцюга.
«Вологість стала критичним фактором посилення, а не незалежним фактором стресу, знижуючи ефективність на 15–30%, коли відносна вологість перевищувала 60%. Цей поріг знаменує перехід від оборотного забруднення до цементованої адгезії, де капілярні сили зв’язують частинки пилу з поверхнею фотоелектричної системи з достатньою міцністю, щоб протистояти видаленню-під дією вітру», – пояснили далі вчені. «Добовий аналіз показав, що оптимальне виробництво електроенергії відбувається вранкові години з низькою{6}}вологістю (8:00–11:30 ранку, ефективність 12–13 %), тоді як у другій половині дня спостерігаються втрати ефективності на 20–25 %».
Команда також виявила, що забруднення твердими частинками суттєво вплинуло на погіршення продуктивності, при цьому індекс якості повітря (AQI) демонструє сильнішу негативну кореляцію з ефективністю, ніж вологість. «На рівнях AQI, що перевищують 160, комбінований вплив розсіювання світла аерозолями в повітрі та забруднення поверхні знижує ефективність перетворення нижче 10%, навіть за помірної щільності осадження пилу (3–4 г/м2)», – підсумували вони.
Їх висновки доступні в «Експериментальному та моделюючому дослідженні впливу складу пилу на фотоелектричні характеристики в посушливих прибережних середовищах», опублікованому в Journal of Materials Research and Technology. У дослідженні брали участь вчені з Університету імама Абдулрахмана Бін Фейсала Саудівської Аравії, Управління з атомної енергії Єгипту та Єгипетського університету Айн Шамс.
