Vplyv prachu na FV systémy v suchých pobrežných prostrediach

Výskumný tím vedený univerzitou imáma Abdulrahmana Bin Faisala zo Saudskej Arábie uskutočnil experimentálnu štúdiu o tom, ako rôzne zloženie prachu ovplyvňuje výkon fotovoltaiky. Štúdia skúmala štyri druhy prachu-montmorillonit, kaolinit, bentonit a prírodný prach-na solárnych paneloch fungujúcich v suchom pobrežnom prostredí.

"Zistenia tejto štúdie majú praktické dôsledky na optimalizáciu údržby FV v suchých pobrežných regiónoch," vysvetlila skupina. "Prepojením zloženia prachu s mechanizmami degradácie môžu zainteresované strany uprednostniť čistiace plány alebo zvoliť nátery prispôsobené dominantným minerálom. Hydrofóbne nátery môžu napríklad zmierniť priľnavosť-poháňanú vlhkosťou v prostrediach bohatých na vápnik-, zatiaľ čo oblasti bohaté na železo-môžu ťažiť z tepelne-odolných materiálov.“

Experimenty sa uskutočnili v Jubail, meste na pobreží Perzského zálivu v Saudskej Arábii, klasifikovanom ako BWh (horúca púšť) podľa klimatického systému Köppen. 20 W polykryštalický FV panel bol použitý na testovanie výkonu v exteriéri medzi 9. a 29. septembrom 2025. Pri maximálnom výkone panel dodával prúd 1,14 A a napätie 17,6 V, s napätím naprázdno-21,1 V a skratovým- prúdom A. 1,29 A.

Montmorillonitové, kaolinitové a bentonitové íly boli získané ako komerčné minerálne prášky a preosiate na menej ako 45 μm. Vzorky prírodného prachu sa ručne odoberali zo sklenených povrchov vystavených okolitým podmienkam v Jubail. Nanášanie prachu sa uskutočňovalo v siedmich etapách, počínajúc povrchovou hustotou približne 1,0 g/m² a postupne sa zvyšovala na približne 7,0 g/m². Merania sa uskutočňovali po každej fáze nanášania.

„Mineralogická analýza prostredníctvom SEM{0}EDX odhalila odlišné kompozičné profily, ktoré priamo korelujú so vzormi degradácie výkonu,“ uviedli akademici. „Prírodný prach, ktorý sa vyznačuje vysokým obsahom oxidu kremičitého (25,37 %) a oxidu vápenatého (30,52 %), sa ukázal ako najškodlivejšia kontaminant, ktorý spôsobil 48 % stratu výkonu pri hustote depozície 6 g/m2 prostredníctvom kombinovaného rozptylu svetla a hygroskopickej cementácie.

Zistilo sa, že prach bohatý na vápnik- je obzvlášť problematický v podmienkach na pobreží, kde zvýšená vlhkosť (40 – 65 % relatívna vlhkosť) premieňa voľné častice na priľnavé vrstvy odolné voči prirodzeným čistiacim mechanizmom. Naproti tomu zvýšený obsah železa v montmorillonite (62,67 %) prispel k tepelnej degradácii, čím sa povrchová teplota panela zvýšila na 40,4 C a znížilo sa napätie v otvorenom obvode.

"Vlhkosť sa objavila ako kritický zosilňovací faktor a nie ako nezávislý stresor, ktorý znižuje účinnosť o 15 – 30 %, keď relatívna vlhkosť prekročí 60 %. Táto hranica predstavuje prechod od reverzibilného znečistenia k cementovanej adhézii, kde kapilárne sily viažu prachové častice na fotovoltaický povrch s dostatočnou silou, aby odolali odstraňovaniu vetrom," vysvetlili ďalej akademici. „Denná analýza odhalila, že optimálna výroba energie nastáva počas ranných hodín s nízkou-vlhkosťou (8:00 – 11:30, účinnosť 12 – 13 %), zatiaľ čo v popoludňajších obdobiach dochádza k 20 – 25 % strate účinnosti.“

Tím tiež zistil, že znečistenie časticami významne ovplyvnilo degradáciu výkonu, pričom index kvality ovzdušia (AQI) vykazuje silnejšiu negatívnu koreláciu s účinnosťou ako samotná vlhkosť. "Pri úrovniach AQI presahujúcich 160 kombinované účinky rozptylu svetla vzdušnými aerosólmi a povrchového znečistenia znížili účinnosť konverzie pod 10%, a to aj pri strednej hustote ukladania prachu (3–4 g/m2)," uzavreli.

Ich zistenia sú dostupné v „Experimentálnej a modelovej štúdii vplyvu zloženia prachu na fotovoltaický výkon v suchých pobrežných prostrediach“, publikovanej v Journal of Materials Research and Technology. Na štúdii sa podieľali vedci zo saudskoarabskej univerzity Imáma Abdulrahmana Bin Faisala, Egyptského úradu pre atómovú energiu a egyptskej univerzity Ain Shams.