Tolmu mõju PV-süsteemidele kuivas rannikukeskkonnas

Saudi Araabia imaam Abdulrahman Bin Faisali ülikooli juhitud uurimisrühm viis läbi eksperimentaalse uuringu selle kohta, kuidas erinevad tolmu koostised mõjutavad fotogalvaanilist jõudlust. Uuringus uuriti kuivades rannikukeskkondades töötavate päikesepaneelide nelja tüüpi -montmorilloniiti, kaoliniiti, bentoniiti ja looduslikku tolmu-.

"Selle uuringu tulemused avaldavad praktilist mõju PV hoolduse optimeerimisele kuivades rannikupiirkondades, " selgitas rühm. "Seoses tolmu koostise lagunemismehhanismidega saavad sidusrühmad seada prioriteediks puhastusgraafikud või valida domineerivatele mineraalidele kohandatud katted. Näiteks võivad hüdrofoobsed katted leevendada niiskusest - tingitud nakkumist kaltsiumi-rikkas keskkonnas, samas kui raua-rikkad piirkonnad võivad kasu saada termiliselt vastupidavatest materjalidest{{."

Katsed viidi läbi Jubailis, Saudi Araabia Pärsia lahe rannikul asuvas linnas, mis Köppeni kliimasüsteemi järgi klassifitseeriti BWh-ks (kuum kõrb). Ajavahemikus 9.–29. september 2025 kasutati välitingimustes testimiseks 20 W polükristallilist PV-paneeli. Maksimaalsel võimsusel andis paneel voolu 1,14 A ja pinget 17,6 V, avatud vooluahela pingega 21,1 V ja lühisvooluga {{9}1.29 A.

Montmorilloniit, kaoliniit ja bentoniit savi hangiti kaubanduslike mineraalpulbritena ja sõeluti alla 45 μm. Loodusliku tolmu proovid koguti käsitsi Jubailis ümbritsevate tingimustega kokku puutunud klaaspindadelt. Tolmu sadestamine viidi läbi seitsmes etapis, alustades pinnatihedusega umbes 1,0 g/m² ja suurendades järk-järgult umbes 7,0 g/m²-ni. Mõõtmised tehti pärast iga sadestamisetappi.

"SEM{0}}EDX-i kaudu tehtud mineraloloogiline analüüs näitas selgeid koostisprofiile, mis on otseses korrelatsioonis jõudluse halvenemise mustritega," ütlesid teadlased. "Looduslik tolm, mida iseloomustab kõrge ränidioksiidi (25,37%) ja kaltsiumoksiidi (30,52%) sisaldus, kerkis esile kõige kahjulikuma saasteainena, põhjustades kombineeritud valguse hajumise ja hügroskoopse tsementeerimisega 48% võimsuse kadu sadestustihedusega 6 g/m2."

Kaltsiumi-rikas tolm leiti olevat eriti problemaatiline rannikutingimustes, kus kõrge õhuniiskus (40–65% suhteline õhuniiskus) muudab lahtised osakesed looduslikele puhastusmehhanismidele vastupidavateks kihtideks. Seevastu aitas montmorilloniidi kõrgenenud rauasisaldus (62,67%) kaasa termilisele lagunemisele, tõstes paneeli pinna temperatuuri 40,4 C-ni ja vähendades avatud-ahela pinget.

"Niiskus kujunes kriitiliseks võimendusteguriks, mitte iseseisvaks stressiteguriks, vähendades efektiivsust 15–30%, kui suhteline õhuniiskus ületas 60%. See lävi tähistab üleminekut pöörduvalt määrdumiselt tsementeeritud nakkumisele, kus kapillaarjõud seovad tolmuosakesed PV pinnale piisava tugevusega, et tuulele vastu seista. "Ööpäevane analüüs näitas, et optimaalne energiatootmine toimub madalal-niiskusel hommikutundidel (8.00–11.30, efektiivsus 12–13%), samas kui pärastlõunastel perioodidel väheneb efektiivsus 20–25%.

Meeskond leidis ka, et tahkete osakeste saaste mõjutas oluliselt jõudluse halvenemist, kusjuures õhukvaliteedi indeks (AQI) näitas tugevamat negatiivset korrelatsiooni efektiivsusega kui ainult niiskus. "Kui AQI tase ületab 160, vähendas õhus levivate aerosoolide valguse hajumise ja pinna määrdumise koosmõju konversiooni efektiivsust alla 10%, isegi mõõduka tolmu sadestumise tiheduse korral (3–4 g/m2)," järeldasid nad.

Nende leiud on saadaval ajakirjas Journal of Materials Research and Technology avaldatud ajakirjas "Tolmu koostise mõju fotogalvaanilisele jõudlusele kuivades rannikukeskkondades" käsitlevas eksperimentaalses ja modelleerivas uuringus. Uuringus on osalenud Saudi Araabia imaam Abdulrahman Bin Faisali ülikooli, Egiptuse aatomienergiaameti ja Egiptuse Ain Shamsi ülikooli teadlased.