Miért utálják a napelemek a mosogatószert? Technikai mélyrepülés a tisztítási kémiában

A napelemes rendszer napelemeinek tisztítása általában nagyon egyszerűnek tűnik sok napelem-tulajdonos számára a mögöttes nyilvánvaló okok miatt. A szennyezett panelek általában több energiát termelnek, mint a tiszta panelek, pusztán azért, mert kevesebb a szennyeződésük, és ezért kevesebb energiát termelnek, mint az eredeti állapotuk, mielőtt szennyeződnének, ezért ha szokásos háztartási tisztítószerrel, például mosogatószerrel tisztítják őket, vissza kell térniük az eredeti teljesítményszintjükre. A finn Turku Egyetemen végzett kutatás azonban váratlan következtetésre jutott azzal kapcsolatban, hogy melyik termékhez a legtöbb ember ösztönösen fordul a napelemek tisztítása után; a mosogatószer valójában az ellenkezőjét képes elérni annak, amit el szeretne érni, és ezáltal tovább ronthatja a teljesítményt.

Ez a megállapítás a lábjegyzeten túl fontos; fontos tanulságul szolgál majd azok számára, akik a jövőben karbantartják fotovoltaikus rendszereiket. Konkrétan, ez a megállapítás azt szemlélteti, hogyan kell megérteni a fényfizika és a felületkémia közötti kölcsönhatást a napelemes rendszer anyagának megfelelő karbantartása érdekében.

A napelemek bevonatának nagyon fontos szerepe van, mivel megakadályozza, hogy a napfény visszaverődjön a panel felületeiről; bevonat nélkül a beeső fény körülbelül négy százaléka visszaverődne a panel felületéről; ezért a bevonat nélkül a napelemek által elektromos árammá alakítható fotonok jelentős vesztesége lenne. A bevonat nagyon vékony (gyakran nanométerben mérik), és optikai képessége csak akkor marad érintetlen, ha a panel felületeit nagyon precízen tartják.

Ha ehhez az egyenlethez szappant adunk, akkor nem egyszerűen szappant adunk a vízhez és a szappanhoz. Ön egy komplex oldatot hoz létre felületaktív anyagokból, zsírtalanítókból, illatanyagokból, tartósítószerekből és gyakran nátrium-kloridból (sóból) sűrítőszerként. Noha ezek az anyagok jól oldják a zsírokat a tányérokon, ha mesterségesen alkotott tükröződésmentes-felületen használják őket, sokkal összetettebb kölcsönhatás léphet fel.

Julianna Varjopuro és Kati Miettunen, a Turkui Egyetem kutatói fotovoltaikus üvegmintákon végeztek tesztsorozatot egy finn tanulmányban. A kutatók a mosogatószappant számos más tisztítószerrel hasonlították össze, beleértve az etanolt, acetont, izopropanolt, egy speciálisan napelemek tisztítására kifejlesztett mosószert és egy általános ablaktisztítót. Két különböző vizsgálati módszert alkalmaztak; az első a minták tisztítását jelentette a különféle tisztítószerekbe való huzamosabb ideig tartó áztatással; a második az algák szaporodását jelentette az üvegfelületen, hogy megismételjék a valós tisztítási körülményeket. Számos hullámhossz-tartományból származó fényt spektrofotométerrel mértek, hogy megtudják, mennyi fényt bocsátottak át az egyes tisztítási eljárások után. Az eredmények egyértelműek voltak-.

A tiszta üvegen a legtöbb termék fényáteresztő képessége megmaradt, vagy enyhén javított. A mosogatószer azonban körülbelül 1%-kal csökkentette az átvitelt. Az algákkal szennyezett, majd megtisztított üvegeken tovább nőtt az eltérés: a mosogatószer közel 4%-os tartós átviteli veszteséget hagyott maga után a megfelelően tisztított felületekhez képest. Ez közvetlenül azt jelenti, hogy a villamosenergia-kibocsátás-3–4%-kal csökken az energiahozamban, pusztán a nem megfelelő mosószer használata miatt.

Lényeges, hogy a mikroszkópos elemzés feltárta, hogy maga a -visszaverődésmentes bevonat fizikailag nem sérült vagy maratott. A probléma nem maradandó károsodás volt, hanem tartós maradvány. A mosogatószer egy filmréteget hagyott maga után, amely bár szabad szemmel nem látható, elegendő volt az üveg optikai tulajdonságainak megváltoztatásához. Még az alapos öblítés sem tudta teljesen visszaállítani az eredeti sebességváltó szintet.

Miért viselkedik másképp a mosogatószer, mint a többi tisztítószer? A válasz a kémiai összetételében rejlik. A mosogatószereket úgy tervezték, hogy tapadjanak a felületekhez,-ezért hatékonyan távolítják el a zsírt a tányérokról, de alapos öblítést is igényelnek. Gyakran tartalmaznak felületaktív anyagokat, amelyek a képlettől függően hidrofil vagy hidrofób filmet hagynak maguk után.

Ha tükröződésmentes -üvegre alkalmazzák, ezek a maradékok kitöltik a bevonat mikroszkopikus pórusait, vagy egységes filmet hoznak létre, amely megváltoztatja a törésmutatót a felületen. A tükröződésgátló bevonat úgy működik, hogy fokozatos átmenetet hoz létre a törésmutatóban a levegő és az üveg között. Bármilyen rárakódott idegen anyag megzavarja ezt a gradienst, hatékonyan helyreállítva a visszaverődési veszteségeket, amelyeket a bevonat kiküszöbölésére terveztek.

Az izopropil-alkohollal és a professzionális üvegtisztítókkal ellentétben az etanol és az aceton is nagyon hatékonyak, de óvatosan kell őket használni, mivel kémiai reakciókat okozhatnak a keretező vagy tömítőanyagokkal. Ez a tanulmány kimutatta, hogy ezek az illékony tisztítószerek és a napelemes tisztításhoz készült,{1}}célra gyártott termékek nem rontják az optikai teljesítményt.

Ezen megállapítások eredményeként az alábbiakban néhány ajánlást adunk mind a lakossági, mind a kereskedelmi PV-rendszer tulajdonosai számára:

Kerülje el teljesen a mosogatószer használatát.Bár a napelemek mosogatószeres{0}}használat után tisztának tűnhetnek, a szappan láthatatlan maradékot hagy maga után, amely továbbra is gátolja a teljesítményt mindaddig, amíg az időjárás (eső, UV és szél expozíció) következtében természetes úton el nem távolodik. A világ néhány minimális csapadékkal járó területein, például az Egyesült Államok délnyugati részén, a mosószer-maradványok akár 6 hónapig is a modulokon maradhatnak.

Csak ajánlott tisztítószereket használjon.Biztonságosak az olyan tisztítószerek, amelyek izopropil-alkoholt (jellemzően 70%-os vagy magasabb koncentrációban) tartalmaznak, vagy a kereskedelemben forgalmazott, kifejezetten üvegtisztításra szolgáló, de kondicionáló vagy viaszos anyagokat nem tartalmazó tisztítószerek. A napelemek tisztítására szolgáló célirányos-megoldások drágábbak lehetnek; az ilyen termékek kémiáját azonban kifejezetten tükröződésgátló bevonatok-felhasználására fejlesztették ki.

Használja a lehető legjobb minőségű vizet, ha csak vizet használ.Ideális esetben ionmentesített vagy desztillált vizet használjon. Ha csapvizet használ a tisztításhoz, ásványi maradványokat hagy maga után a napelem modulon, és ez a maradvány túlórázhat, és korlátozhatja az adott területen áthaladó fény mennyiségét.

Gondosan fontolja meg a mechanikai módszereket.Puha kefék vagy gumibetétek elfogadhatók; A csiszolóeszközök megkarcolhatják az üveget vagy a bevonatot, ami a tisztítási kémiától független maradandó károsodást okozhat.

A finn vizsgálat alátámasztja a németországi Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics egyidejű vizsgálatait, amelyek mindegyike kimutatta, hogy sok gyakran használt tisztítóoldat hosszú távon-károsítja a napelemek tükröződésgátló bevonatát-. Együttesen azt mutatják, hogy az iparágon belül egyre inkább elismerik, hogy a karbantartási tevékenységek nem vákuumban történnek; mint ilyenek, befolyásolják a napelemek élettartamát a rendszer telepítésétől kezdve.

A nem megfelelő tisztításból adódó 3–4%-os hatékonyságcsökkenés nem hangzik katasztrofálisnak egy hétköznapi szemlélő számára. Évente több ezer kilowatt{3}}órát termelő kereskedelmi létesítmény esetében azonban ez jelentős pénzügyi veszteséget jelent az idő múlásával. Lakossági rendszerek esetében ez jelentheti a különbséget aközött, hogy megfelelünk az energiaelvárásoknak, és vajon miért tűnik alacsonyabbnak a termelés, mint a szomszédos létesítményeknél.

Érthető a kísértés, hogy azt használjuk, ami már a mosogató alatt van. De ahogy ez a kutatás is mutatja, a kényelemnek ára van. A megfelelő tisztítószer kiválasztása nem igényel speciális képzést,{2}}csak a tudatosság. A napenergiában pedig, ahol a haszonkulcsok és a hosszú távú teljesítmény számít-, az ilyen kis választásoknak mérhető következményei vannak.