Pölyn vaikutus aurinkosähköjärjestelmiin kuivissa rannikkoympäristöissä

Saudi-Arabian imaami Abdulrahman Bin Faisalin yliopiston johtama tutkimusryhmä on tehnyt kokeellisen tutkimuksen siitä, kuinka erilaiset pölykoostumukset vaikuttavat aurinkosähkön suorituskykyyn. Tutkimuksessa tarkasteltiin neljää pölytyyppiä-montmorilloniittia, kaoliniittia, bentoniittia ja luonnonpölyä-aurinkopaneelien kuivissa rannikkoympäristöissä.

"Tämän tutkimuksen tuloksilla on käytännön vaikutuksia aurinkosähkön ylläpidon optimointiin kuivilla rannikkoalueilla", ryhmä selitti. "Yhdistämällä pölykoostumuksen hajoamismekanismeihin sidosryhmät voivat priorisoida puhdistusaikatauluja tai valita hallitseville mineraaleille räätälöityjä pinnoitteita. Hydrofobiset pinnoitteet voivat esimerkiksi vähentää kosteuspitoisuutta-pitoisuutta kalsiumia-rikkaissa ympäristöissä, kun taas rauta-rikkaat alueet voivat hyötyä lämmönkestävistä{{5} materiaaleista."

Kokeet suoritettiin Jubailissa, Saudi-Arabian Persianlahden rannikolla sijaitsevassa kaupungissa, joka on luokiteltu BWh:ksi (kuuma aavikko) Köppenin ilmastojärjestelmän mukaan. 20 W:n monikiteistä aurinkosähköpaneelia käytettiin ulkokäyttöön 9.–29. syyskuuta 2025. Maksimiteholla paneeli toimitti 1,14 A virran ja 17,6 V jännitteen, avoimen -piirin jännitteen ollessa 21,1 V ja oikosulkuvirta-1.29 A.

Montmorilloniitti-, kaoliniitti- ja bentoniittisavet hankittiin kaupallisina mineraalijauheina ja seulottiin alle 45 μm:iin. Luonnonpölynäytteet kerättiin manuaalisesti lasipinnoilta, jotka altistettiin ympäristön olosuhteille Jubailissa. Pölypinnoitus suoritettiin seitsemässä vaiheessa, alkaen pintatiheydestä noin 1,0 g/m² ja kasvaen asteittain noin 7,0 g/m²:iin. Mittaukset tehtiin jokaisen saostusvaiheen jälkeen.

"Mineraloginen analyysi SEM{0}}EDX:n avulla paljasti selkeät koostumusprofiilit, jotka korreloivat suoraan suorituskyvyn heikkenemismallien kanssa", tutkijat sanoivat. "Luonnonpöly, jolle on ominaista korkea piidioksidi (25,37 %) ja kalsiumoksidipitoisuus (30,52 %), nousi haitallisimpana epäpuhtautena, mikä aiheutti 48 % tehohäviön laskeutumistiheydellä 6 g/m2 yhdistetyn valonsironta- ja hygroskooppisen sementoinnin ansiosta."

Kalsium-pitoisen pölyn havaittiin olevan erityisen ongelmallinen rannikko-olosuhteissa, joissa kohonnut kosteus (40–65 % suhteellinen kosteus) muuttaa irtonaiset hiukkaset tarttuviksi kerroksiksi, jotka kestävät luonnollisia puhdistusmekanismeja. Sitä vastoin montmorilloniitin kohonnut rautapitoisuus (62,67 %) vaikutti lämpöhajoamiseen, mikä nosti paneelin pinnan lämpötilan 40,4 C:een ja alensi avoimen -piirin jännitettä.

"Kosteus nousi kriittiseksi vahvistustekijäksi itsenäisen stressitekijän sijasta, mikä alensi tehokkuutta 15–30 %, kun suhteellinen kosteus ylitti 60%. Tämä kynnys merkitsee siirtymistä palautuvasta likaantumisesta sementoituneeseen tarttumiseen, jossa kapillaarivoimat sitovat pölyhiukkasia aurinkosähkön pintaan riittävällä lujuudella vastustaakseen tuulta. {{4}" selittää. "Päivittäinen analyysi paljasti, että optimaalinen sähköntuotanto tapahtuu aamuisin, kun-kosteus on alhainen (8.00–11.30, hyötysuhde 12–13 %), kun taas iltapäivällä tehokkuus vähenee 20–25 prosenttia."

Tiimi havaitsi myös, että hiukkaspäästöt vaikuttivat merkittävästi suorituskyvyn heikkenemiseen, ja ilmanlaatuindeksi (AQI) osoitti vahvempaa negatiivista korrelaatiota tehokkuuteen kuin pelkkä kosteus. "Jos AQI-tasot ylittävät 160, ilmassa leviävien aerosolien valonsironta ja pintalikaantuminen alensivat konversiotehokkuutta alle 10 prosenttiin jopa kohtalaisella pölykerrostumistiheydellä (3–4 g/m2), he päättelivät.

Heidän havainnot ovat saatavilla Journal of Materials Research and Technology -lehdessä julkaistussa artikkelissa "Kokeellinen ja mallinnustutkimus pölyn koostumuksen vaikutuksesta aurinkosähkön suorituskykyyn kuivissa rannikkoympäristöissä". Tutkimukseen ovat osallistuneet tutkijat Saudi-Arabian imaami Abdulrahman Bin Faisal -yliopistosta, Egyptin atomienergiaviranomaisesta ja Egyptin Ain Shams -yliopistosta.