ฝุ่นละอองส่งผลต่อการผลิตพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อย่างไร

ฝุ่นในชั้นบรรยากาศเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ มลพิษจากฝุ่นจะลดการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ลงอย่างมาก ซึ่งคาดการณ์ว่าจะลดการผลิตไฟฟ้าลงอย่างน้อย 5% ต่อปี หากคำนวณตามกำลังการผลิตติดตั้งทั่วโลกที่ 500 กิกะวัตต์ในปี พ.ศ. 2020 ฝุ่นจะลดการผลิตไฟฟ้าลงทุกปี ความเสียหายทางเศรษฐกิจที่เกิดจากฝุ่นนี้จะสูงถึง 5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และเมื่อกำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความเสียหายทางเศรษฐกิจนี้จะรุนแรงยิ่งขึ้น โดยคาดว่าในปี พ.ศ. 2030 กำลังการผลิตติดตั้งทั่วโลกจะอยู่ที่ประมาณ 1400 กิกะวัตต์ ความเสียหายทางเศรษฐกิจที่เกิดจากฝุ่นจะสูงถึง 13 หมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ

ปัจจุบันโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ใช้ส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน ซึ่งมีความไวต่ออุณหภูมิมาก การสะสมของฝุ่นบนพื้นผิวของส่วนประกอบต่างๆ ส่งผลให้ความต้านทานการถ่ายเทความร้อนของส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น และกลายเป็นชั้นฉนวนกันความร้อนของส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลต่อการกระจายความร้อน การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์สูงขึ้น 1°C กำลังไฟฟ้าขาออกจะลดลงประมาณ 0.5% ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อส่วนประกอบแบตเตอรี่ถูกแสงแดดเป็นเวลานาน ส่วนที่หุ้มไว้จะร้อนเร็วกว่าส่วนที่ไม่ได้หุ้มไว้มาก ทำให้เกิดรอยไหม้ดำเมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป ภายใต้สภาวะแสงปกติ ส่วนที่หุ้มไว้ของแผงแบตเตอรี่จะเปลี่ยนจากหน่วยผลิตไฟฟ้าเป็นหน่วยบริโภคไฟฟ้า และเซลล์แสงอาทิตย์ที่หุ้มไว้จะกลายเป็นตัวต้านทานโหลดที่ไม่ผลิตไฟฟ้า ใช้พลังงานไฟฟ้าที่แบตเตอรี่ที่เชื่อมต่ออยู่ ซึ่งก็คือความร้อนนั่นเอง เรียกว่าปรากฏการณ์จุดร้อน กระบวนการนี้จะทำให้บอร์ดแบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วขึ้น ลดเอาต์พุต และทำให้ส่วนประกอบไหม้ได้ในกรณีที่ร้ายแรง

ฝุ่นละอองเกาะติดพื้นผิวแผงแบตเตอรี่ ซึ่งจะปิดกั้น ดูดซับ และสะท้อนแสง ซึ่งที่สำคัญที่สุดคือคุณสมบัติการปิดกั้นแสง การสะท้อน การดูดซับ และการบดบังแสงของอนุภาคฝุ่นส่งผลต่อการดูดซับแสงของแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ ฝุ่นละอองที่เกาะบนพื้นผิวรับแสงของแผงจะลดการส่งผ่านแสงของพื้นผิวแผงลงก่อน และประการที่สอง มุมตกกระทบของแสงบางส่วนจะเปลี่ยน ส่งผลให้การส่งผ่านแสงผ่านฝาครอบกระจกไม่สม่ำเสมอ จากการศึกษาพบว่าภายใต้สภาวะเดียวกัน กำลังขับของส่วนประกอบแผงแบตเตอรี่ที่สะอาดจะสูงกว่าส่วนประกอบที่สะสมขี้เถ้าอย่างน้อย 5% และยิ่งมีการสะสมขี้เถ้ามาก ประสิทธิภาพการทำงานของโมดูลก็จะยิ่งลดลง

พื้นผิวของแผงโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ทำจากกระจก โดยมีส่วนประกอบหลักของกระจกคือซิลิกาและหินปูน เมื่อฝุ่นกรดหรือด่างเปียกเกาะติดกับพื้นผิวของฝาครอบกระจก ส่วนประกอบของฝาครอบกระจกสามารถทำปฏิกิริยากับกรดหรือด่างได้ เมื่อกระจกอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างนานขึ้น พื้นผิวกระจกจะค่อยๆ สึกกร่อน ทำให้เกิดหลุมและหลุมเล็กๆ บนพื้นผิว ส่งผลให้เกิดการสะท้อนแสงแบบกระจายบนพื้นผิวของแผ่นฝาครอบ และความสม่ำเสมอของการแพร่กระจายในกระจกจะถูกทำลาย ยิ่งแผ่นฝาครอบของแผงโซลาร์เซลล์หยาบ พลังงานของแสงหักเหก็จะยิ่งน้อยลง และพลังงานที่ไปถึงพื้นผิวของเซลล์แสงอาทิตย์จะลดลง ส่งผลให้การผลิตพลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลง พื้นผิวที่ขรุขระ เหนียว และมีคราบกาวตกค้างมีแนวโน้มที่จะสะสมฝุ่นมากกว่าพื้นผิวที่เรียบ นอกจากนี้ ฝุ่นยังดูดซับฝุ่นได้อีกด้วย เมื่อมีฝุ่นเริ่มต้นเกิดขึ้น จะทำให้ฝุ่นสะสมมากขึ้นและเร่งการลดทอนการผลิตพลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์

พื้นผิวกระจกของแผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งภายนอกอาคารสามารถดักจับและสะสมอนุภาคฝุ่น ก่อให้เกิดชั้นเคลือบฝุ่นที่ปิดกั้นแสงไม่ให้เข้าสู่เซลล์ แรงโน้มถ่วง แรงแวนเดอร์วาลส์ และแรงสนามไฟฟ้าสถิต ล้วนมีส่วนทำให้เกิดการสะสมของฝุ่น อนุภาคฝุ่นไม่เพียงแต่ทำปฏิกิริยากับพื้นผิวกระจกโซลาร์เซลล์อย่างรุนแรงเท่านั้น แต่ยังทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันด้วย การทำความสะอาดฝุ่นหมายถึงการกำจัดฝุ่นออกจากพื้นผิวแผง การกำจัดฝุ่นบนพื้นผิวของแผงแบตเตอรี่ จำเป็นต้องเอาชนะแรงยึดเกาะระหว่างฝุ่นและแผงแบตเตอรี่ ฝุ่นบนแผงแบตเตอรี่มีความหนาในระดับหนึ่ง เมื่อทำความสะอาด สามารถใช้แรงขนาน แรงในมุมที่กำหนด (หรือตั้งฉาก) กับแผงแบตเตอรี่ หรือโมเมนต์หมุนบนชั้นฝุ่นเพื่อทำลายการยึดเกาะระหว่างฝุ่นและแผงแบตเตอรี่ กาวช่วยกำจัดฝุ่น

q—โหลดที่ขนานกับแผงแบตเตอรี่ F—โหลดที่มีมุมหนึ่งหรือตั้งฉากกับแผงแบตเตอรี่ M—โมเมนต์หมุนที่ใช้กับชั้นฝุ่น

ในการกำจัดฝุ่นละออง จำเป็นต้องเอาชนะแรงยึดเกาะเชิงสัมผัสและแรงยึดเกาะปกติของฝุ่นละออง แรงยึดเกาะปกติคือแรงยึดเกาะระหว่างฝุ่นละอองและแผ่นแบตเตอรี่ แรงยึดเกาะเชิงสัมผัสค่อนข้างน้อยและโดยทั่วไปสามารถละเลยได้ หากกำจัดฝุ่นละอองออกจากแนวตั้ง ฝุ่นจะต้องเอาชนะแรงยึดเกาะปกติเท่านั้น ตัวอย่างเช่น กระบวนการทำความสะอาดด้วยน้ำและทำให้ฝุ่นละอองเปียกส่วนใหญ่จะเอาชนะแรงยึดเกาะปกติ เมื่อทำความสะอาดด้วยน้ำ จะเพิ่มระยะห่างระหว่างโมเลกุล ลดแรงดึงดูดแวนเดอร์วาลส์ และสร้างแรงลอยตัว และเอาชนะแรงแวนเดอร์วาลส์และแรงโน้มถ่วงของแรงยึดเกาะของฝุ่นละออง การเติมสารลดแรงตึงผิวลงในน้ำจะทำให้ได้ผลชัดเจนยิ่งขึ้น และยังสร้างแรงไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่งซึ่งกำจัดฝุ่นละอองออกจากแผ่น ฝุ่นละอองต้องเอาชนะแรงยึดเกาะเชิงสัมผัสเมื่อเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแผ่นแบตเตอรี่