想要清理積聚在光伏面板上的灰塵，一直是件相當麻煩的事情，尤其是需要用到大量的水資源。不過在近日發表於《科學進展》期刊上的一篇文章中，麻省理工學院（MIT）的一支研究團隊，剛剛介紹了一種獨特的無水清潔方法。對於缺水地區來說，該方法將有助於其更好地清楚太陽能電池板上的灰塵，從而提升能量轉換的整體效率。
視頻截圖（來自：MIT）
預計到 2030 年的時候，全球光伏發電佔比或可達到 10%，且其中大部分可能位於陽光充裕的沙漠地區。
然而光伏面板上特別容易積聚灰塵，可在短短一個月內讓輸出效率減少多達 30%，因而定期清潔對太陽能部署至關重要。
據估計，當前每年需要消耗約 100 億加侖的水來清潔太陽能電池板 —— 如此高的消耗，可滿足多達 200 人的飲用水需求。
但在嘗試無水清潔方案的時候，往往需要動用相當密集的勞動力、並且會導致表面出現不可逆的划痕損傷（同樣會導致效率降低）。
How to clean solar panels without water – MIT（via）
現在，MIT 研究團隊設計了一種適用於光伏面板、或熱電太陽能鏡面的無水 / 非接觸式自動清潔方法，可顯著減少灰塵引發的問題。
具體說來是，新系統使用靜電排斥讓灰塵顆粒分離、並從目標表面飛走，而無需動用水或刷子。
研究配圖 – 1：灰塵堆積對太陽能輸出效率的影響
在激活該系統的時候，只需通過一個位於面板正上方的簡單電極、將電荷傳遞給灰塵顆粒，然後讓它們被施加到面板本身的電荷給排斥。
如需結合自動化清潔方案，亦可加裝基於電動機和側面導軌的簡單方法。感興趣的朋友，可查閱 2022 年 3 月 11 日出版的 Science Advances 期刊。
研究配圖 – 2：利用靜電電荷感應方法來除塵
MIT 工學院研究生 Sreedath Panat 和機械工程教授 Kripa Varanasi 指出：實驗室測試結果表明，面板能量輸出會在灰塵積聚的一開始就出現急劇下滑，然後在持續一個月的情況下銳減 30% 。
以 150 兆瓦的光伏發電設施為例，即使功率降低 1%，也會導致約 20 萬美元的年損失。若推廣至全球範圍、以及 3~4% 的功率損失，經濟效益將暴降 33~55 億美元。
研究配圖 – 3：電荷預估實驗
通過懸浮在面板正上方的電極來產生一個電場，可在塵埃顆粒移動時將電荷傳遞過去。
然後將相反電荷施加到沉積於光伏面板玻璃覆蓋層上厚度僅幾納米的透明導電層，便可實現排斥的效果。
研究配圖 – 4：作用於灰塵的力與除塵電壓
通過計算施加的正確電壓，研究人員將能夠找到足以克服灰塵重力和附着力的電壓範圍。Panat 表示，他們已經對各種顆粒大小的灰塵樣本展開過實驗，證明了這套方案的實際效用。
此外測試表明，空氣中的濕度會在顆粒上形成一層薄薄的水層，這對於除塵效果也至關重要。
研究配圖 – 5：不同濕度環境下的除塵
MIT 研究團隊在 5~95% 的不同濕度條件下進行了實驗，並且發現 —— 只要環境濕度大於 30%，就可除去幾乎所有灰塵顆粒。但隨着濕度降低，難度就會有所提升。
好消息是，在大多數情況下，沙漠的環境濕度都是有 30% 的水平的。即使是那些通常更乾燥的地方，其在清晨也往往具有更高的凝結濕度，因而同樣適合設置定時清潔。
研究配圖 – 6：實驗室靜電清潔系統示例
更棒的是，MIT 研究團隊打造的這套系統，能夠長期在中高濕度環境下工作。即使濕度高達 95%，也能夠近乎無限期地使用下去。
最後，Varanasi 表示：通過消除對運水卡車、以及可能含有腐蝕性的化合物的清潔用水的依賴，這套方案有望顯著降低發電設施的維護成本、同時提升裝置的整體效率和可靠性。