A por hatása a napelemes rendszerekre száraz tengerparti környezetben

A szaúd-arábiai Imám Abdulrahman Bin Faisal Egyetem által vezetett kutatócsoport kísérleti tanulmányt végzett arról, hogy a különböző porösszetételek hogyan befolyásolják a fotovoltaikus teljesítményt. A tanulmány négy portípust-montmorillonit, kaolinit, bentonit és természetes por- vizsgált száraz, tengerparti környezetben működő napelemeken.

"A tanulmány eredményeinek gyakorlati következményei vannak a napelemek karbantartásának optimalizálására a száraz part menti régiókban" - magyarázta a csoport. "A porösszetétel és a lebomlási mechanizmusok összekapcsolásával az érdekelt felek előnyben részesíthetik a tisztítási ütemterveket, vagy kiválaszthatják a domináns ásványi anyagokhoz szabott bevonatokat. Például a hidrofób bevonatok mérsékelhetik a páratartalom--adhéziót kalciumban-dús környezetben, míg a vasban-dús régióknak előnyösek lehetnek a hőálló anyagok{{5}."

A kísérleteket Jubailban, a Szaúd-Arábia Perzsa-öböl partján fekvő városban végezték, amelyet a köppeni éghajlati rendszer szerint BWh-nak (forró sivatagnak) minősítettek. 2025. szeptember 9. és 29. között egy 20 W-os polikristályos napelemes panelt használtak a kültéri teljesítménytesztekhez. Maximális teljesítmény mellett a panel 1,14 A áramot és 17,6 V feszültséget adott le, a nyitott-áramköri feszültség 21,1 V és a zárlati áram-29 A volt.

A montmorillonit, kaolinit és bentonit agyagokat kereskedelmi ásványi porként szerezték be, és 45 μm-nél kisebbre szitálták. A természetes pormintákat manuálisan gyűjtötték a környezeti feltételeknek kitett üvegfelületekről Jubailben. A porlerakódást hét szakaszban hajtották végre, körülbelül 1,0 g/m² felületi sűrűséggel kezdve, és fokozatosan körülbelül 7,0 g/m²-re emelkedve. A méréseket minden lerakódási szakasz után végeztük.

"A SEM{0}}EDX-en keresztül végzett ásványtani elemzés olyan eltérő összetételi profilokat tárt fel, amelyek közvetlenül korrelálnak a teljesítményromlási mintákkal" - mondták az akadémikusok. "A természetes por, amelyet magas szilícium-dioxid (25,37%) és kalcium-oxid (30,52%) tartalom jellemez, a legkárosabb szennyezőanyagként jelent meg, amely 48%-os teljesítményveszteséget idézett elő 6 g/m2 lerakódási sűrűség mellett kombinált fényszórás és higroszkópos cementálás révén."

A kalciumban-dús por különösen problémásnak bizonyult a tengerparti körülmények között, ahol a megnövekedett páratartalom (40–65%-os relatív páratartalom) a laza részecskéket a természetes tisztítási mechanizmusoknak ellenálló, tapadó rétegekké alakítja. Ezzel szemben a montmorillonit megemelkedett vastartalma (62,67%) hozzájárult a hődegradációhoz, ami a panel felületének hőmérsékletét 40,4 C-ra emelte, és csökkentette a nyitott-áramköri feszültséget.

"A páratartalom kritikus erősítő tényezőként jelent meg, nem pedig független stresszorként, és 15-30%-kal csökkenti a hatékonyságot, ha a relatív páratartalom meghaladja a 60%-ot. Ez a küszöb az átmenetet jelzi a reverzibilis szennyeződéstől a cementált tapadásig, ahol a kapilláris erők a porszemcséket a napelem felületéhez kötik, és kellő erősséggel ellenállnak a szélnek." "A napi elemzés kimutatta, hogy az optimális energiatermelés alacsony páratartalmú délelőtti órákban (8:00–11:30, hatásfok 12–13%) történik, míg a délutáni időszakokban 20–25%-os hatékonyságveszteség tapasztalható."

A csapat azt is megállapította, hogy a részecskeszennyezés jelentősen befolyásolta a teljesítmény romlását, és a levegőminőségi index (AQI) erősebb negatív korrelációt mutat a hatékonysággal, mint a páratartalom önmagában. „A 160-at meghaladó AQI-szinteknél a levegőben szálló aeroszolok fényszórása és a felületi szennyeződés együttes hatása 10% alá csökkentette a konverziós hatékonyságot még mérsékelt porlerakódási sűrűség (3–4 g/m2) mellett is” – összegezték.

Eredményeik megtalálhatók a Journal of Materials Research and Technology folyóiratban megjelent „Kísérleti és modellező tanulmány a por összetételének a fotovoltaikus teljesítményre gyakorolt ​​hatásáról száraz tengerparti környezetben”. A szaúd-arábiai Imám Abdulrahman Bin Faisal Egyetem, az Egyiptomi Atomenergia Hatóság és az egyiptomi Ain Shams Egyetem tudósai vettek részt a vizsgálatban.