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自清洁太阳能电池板

发布时间:2020-07-16

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来源:中国投资协会新兴产业中心

安放太阳能电池板的最佳地点之一就是阳光充足的沙漠。但是沙漠也充满风沙,这就意味着必须经常清洗电池板,不让尘埃阻挡电池板吸收阳光。新的技术能提供解决方案——让太阳能电池板自我清洁。

  这项技术将服务于未来的火星探测器,但是它也能用在地球上,让太阳能电池板保持峰值运行。它利用静电除去尘埃,将其吹到电池板的边缘。它能在两分钟的循环里除去90%的尘埃,波士顿大学的研究教授马莱?马宗德(Malay Mazumder)说,他领导了这项研究。8月底在波士顿举行的美国化学学会(American Chemical Society)上展示了这项技术。

  聚集在太阳能电池板上的尘埃阻碍了光线,会毁坏月球或火星上的探测器。Spirit和Opportunity火星漫游者维持的时间比预计的要长,因为偶尔的阵风清洁了它们的电池板。“但是我们不会一直这么幸运,” 美国宇航局的喷射推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)项目总监劳?苏拉姆普第(Rao Surampudi)说。事实上,20世纪90年代的火星探路者就没能得益于这样的阵风。

  尘埃也会破坏地球上的太阳能设备。例如,阿联酋的一个大型10兆瓦太阳能发电厂就因为沙尘暴而使电力生产减少了40%。清洗电池板会花大量时间,需要昂贵的自动设备——并且消耗大量水,在沙漠中这是一种宝贵的资源。“有了这项技术,太阳能电池板就能自动清洁,不需要水或劳动力,” 马宗德说。

  该系统利用了这样一个原理:大多数的尘埃粒子,尤其是在干燥的环境中,都是带电的。透明的电极材料如氧化铟锡为电池板的表面通上交流电。由于它会在正极和负极之间来回波动,其就能制造出一个排斥正负带电粒子的电场。电场还会帮助将电荷传导给不带电的尘埃粒子,使得它们在与电池板接触后能被快速除去。研究人员这样设计系统是为了使电场从电池板的一端移到那一端,逐渐去除尘埃,直到它掉落。

  这个系统不会消耗太多的能量——电流很小,而且通常它每天只需工作两到五分钟,马宗德说。这个系统还包括一个传感器,来确定电池板什么时候需要清洁。当尘埃变得潮湿泥泞时,这套系统就无法起效,因此需要在下雨前启动除尘。

  马宗德的技术是美国宇航局资助的两种太阳能电池板清洁技术之一。另一项技术是震动整块电池板抖落灰尘。目前还不清楚对空间任务来说哪一项技术更可行,苏拉姆普第说,他管理者这两项除尘技术。他表示,用震动的方法更简单,而且不需对太阳能电池板改动太多。但是它在去除颗粒方面不如使用电场的方法好。至于陆地上的应用,马宗德的技术必须与其他潜在的无水清洁太阳能电池板方法相竞争,例如对着电池板吹空气,或者增加不粘层。

  马宗德认为,可以证明电场的技术生产起来很方便,,因为许多太阳能生产商已经拥有沉积透明电极的设备,可以在电池板上产生电场。他表示接下来的步骤是确定能否实现研究人员的目标,把生产成本控制在太阳能电池板总成本的1%以下。但是该系统的价值取决于在不同的地区,太阳能电池板遭遇尘埃的程度。公用事业单位表示,传统的用水清洗,对于Southern California Edison运营的大型屋顶太阳能电池板系统来说,就足够好了。