Güneş Panelleri Susuz Nasıl Temizlenir?
Yeni bir temizleme yöntemi, suyun sınırlı olduğu bölgelerdeki güneş enerjisi tesisatlarındaki tozu temizleyerek genel verimliliği artırabilir.
Güneş enerjisinin 2030 yılına kadar küresel elektrik üretiminin yüzde 10'una ulaşması bekleniyor ve bunun büyük bir kısmı güneş ışığının bol olduğu çöl bölgelerinde gerçekleşecek. Ancak güneş panelleri veya aynalar üzerinde toz birikmesi zaten önemli bir sorundur ve fotovoltaik panellerin çıktısını sadece bir ayda yüzde 30'a kadar azaltabilir. Bu nedenle bu tür kurulumlar için düzenli temizlik şarttır.
Ancak şu anda güneş panellerini temizlemek için yılda yaklaşık 10 milyar galon su kullandığı tahmin ediliyor ki bu da 2 milyona kadar insana içme suyu sağlamaya yetiyor. Susuz temizleme girişimleri yoğun emek gerektirir ve yüzeylerin geri döndürülemez şekilde çizilmesine neden olur, bu da verimliliği azaltır. Şimdi, MIT'deki bir araştırmacı ekibi, toz sorununu önemli ölçüde azaltabilecek, susuz, temassız bir sistemde güneş panellerini veya güneş enerjisi santrallerinin aynalarını otomatik olarak temizlemenin bir yolunu tasarladılar.
Yeni sistem, toz parçacıklarının suya veya fırçalara ihtiyaç duymadan panel yüzeyinden ayrılması için elektrostatik itme kullanır. Sistemi etkinleştirmek için, güneş paneli yüzeyinin hemen üzerinden basit bir elektrot geçerek toz parçacıklarına bir elektrik yükü verir ve bunlar daha sonra panelin kendisine uygulanan bir yük tarafından itilir. Sistem, basit bir elektrik motoru ve panelin yan tarafındaki kılavuz raylar kullanılarak otomatik olarak çalıştırılabilir. Araştırma Science Advances dergisinde MIT yüksek lisans öğrencisi Sreedath Panat ve makine mühendisliği alanında Prof. Kripa Varanasi'nin bir makalesinde yayınlandı.
Varanasi, dünya çapında her zamankinden daha verimli güneş panelleri geliştirmek için ortak çabalara rağmen, "toz gibi sıradan bir sorun aslında her şeye ciddi bir darbe indirebilir" diyor. Panat ve Varanasi tarafından gerçekleştirilen laboratuvar testleri, panellerden gelen enerji çıkışındaki düşüşün, toz birikimi sürecinin en başında keskin bir şekilde gerçekleştiğini ve temizlik yapılmadan sadece bir ay sonra kolayca yüzde 30'luk azalmaya ulaşabileceğini gösterdi. 150 megavatlık bir güneş enerjisi tesisatı için güçte yüzde 1'lik bir azalma bile, hesapladıklarına göre, yıllık gelirde 200.000 dolar kayıpla sonuçlanabilir. Araştırmacılar, küresel olarak, güneş santrallerinden elde edilen elektrik üretimindeki yüzde 3 ila 4'lük bir düşüşün, 3,3 milyar ila 5,5 milyar dolar arasında bir kayıp anlamına geleceğini söylüyorlar.
Varanasi, "Güneş malzemeleri konusunda çok fazla çalışma var" diyor: "Sınırları zorluyorlar, verimliliği artırmak için birkaç yüzde oranını kazanmaya çalışıyorlar ve burada tüm bunları hemen ortadan kaldırabilecek bir şey geliştirdik."
Çin, Hindistan, BAE ve ABD de dahil olmak üzere dünyanın en büyük güneş enerjisi tesislerinin çoğu çöl bölgelerinde bulunmaktadır. Bu güneş panellerinin basınçlı su jetleri kullanılarak temizlenmesi için kullanılan suyun, belli bir mesafeden kamyonla taşınması ve yüzeylerde tortu bırakmaması için çok saf olması gerekir. Kuru ovma bazen kullanılır, ancak yüzeyleri temizlemede daha az etkilidir ve ışık iletimini de azaltan kalıcı çizilmelere neden olabilir.
Suyla temizleme, güneş enerjisi tesisatının işletme maliyetlerinin yaklaşık yüzde 10'unu oluşturur. Araştırmacılar, yeni sistemin daha sık otomatik temizlemeye izin vererek genel güç çıkışını iyileştirirken bu maliyetleri potansiyel olarak azaltabileceğini söylüyor.
Varanasi, “Güneş enerjisi endüstrisinin su ayak izi akıllara durgunluk veriyor” diyor ve bu tesisler dünya çapında genişlemeye devam ettikçe de artacak. Dolayısıyla, endüstrinin bunu nasıl sürdürülebilir bir çözüm haline getirebileceği konusunda çok dikkatli ve düşünceli olması gerekiyor.
Diğer çalışma grupları elektrostatik tabanlı çözümler geliştirmeye çalıştılar, ancak bunlar, birbirine bağlı elektrotlar kullanan elektrodinamik ekran adı verilen bir katmana dayandırdılar. Varanasi, bu ekranların neme izin veren ve arızalanmasına neden olan kusurlara sahip olabileceğini söylüyor. Mars gibi bir yerde faydalı olsalar da, nemin bir sorun olmadığı, Dünya'daki çöl ortamlarında bile bunun ciddi bir sorun olabileceğini söylüyor.
Geliştirdikleri yeni sistem, panelin üzerinden geçmek için sadece basit bir metal çubuk olabilen bir elektrot gerektiriyor ve bu, toz parçacıklarına giderken bir yük veren bir elektrik alanı üretiyor. Güneş panelinin cam kaplaması üzerinde biriken sadece birkaç nanometre kalınlığındaki şeffaf bir iletken tabakaya uygulanan zıt bir yük, daha sonra parçacıkları iter ve uygulanacak doğru voltajı hesaplayan araştırmacılar üstesinden gelmek için yeterli bir voltaj aralığı bulabildiler.
Panat, çeşitli partikül boyutlarına sahip özel olarak hazırlanmış laboratuvar toz numunelerini kullanarak, deneylerin, sürecin laboratuvar ölçekli bir test kurulumunda etkili bir şekilde çalıştığını kanıtladığını söylüyor. Testler, havadaki nemin parçacıklar üzerinde ince bir su kaplaması sağladığını ve bunun da işe yaraması için çok önemli olduğunu gösterdi. Panat, "Yüzde 5 ile yüzde 95 arasında değişen nem oranlarında deneyler yaptık" diyor. "Ortam nemi yüzde 30'dan fazla olduğu sürece yüzeydeki parçacıkların neredeyse tamamını temizleyebilirsiniz, ancak nem azaldıkça daha da zorlaşıyor."
Varanasi, “İyi haber şu ki, yüzde 30 neme ulaştığınızda, çoğu çöl, bu rejime giriyor” diyor. Tipik olarak bundan daha kuru olanlar bile sabahın erken saatlerinde daha yüksek neme sahip olma eğilimindedir ve bu da çiy oluşumuna yol açar, bu nedenle temizlik buna göre zamanlanabilir.
Panat, "Ayrıca, aslında yüksek ve hatta orta nemde çalışmayan elektrodinamik ekranlar üzerinde daha önce yapılan bazı çalışmaların aksine, sistemimiz süresiz olarak yüzde 95'e varan nemde bile çalışabilir" diyor.
Varanasi, kamyonla taşınan suya bağımlılığı ortadan kaldırarak, aşındırıcı bileşikler içerebilecek toz birikimini ortadan kaldırarak ve genel işletme maliyetlerini düşürerek, bu tür sistemlerin güneş enerjisi tesisatının genel verimliliğini ve güvenilirliğini önemli ölçüde iyileştirme potansiyeline sahip olduğunu söylüyor.
Araştırma, MIT Enerji Girişimi aracılığıyla İtalyan enerji firması Eni S.p.A. tarafından desteklendi.
Video
