طريقة جديدة لمنع تراكم الغبار والرمل على الألواح الشمسية بتطوير أسطح طاردة للماء

تم تطوير الأسطح التي تحمي الألواح والواجهات الزجاجية من عمليات التنظيف المكلفة والتي تستغرق وقتًا طويلاً، بدءًا من المواد المقاومة للماء إلى المحبة للماء بالأشعة فوق البنفسجية.

تتسخ الألواح الشمسية، يتراكم الغبار والرمل والمواد الأخرى على سطحها، مما يمنع طاقة ضوء الشمس من الوصول إلى الخلايا الشمسية، ويسبب خسائر هائلة في كفاءة النظام الكهروضوئي.

ولكن ما الذي يمكن فعله عندما لا يكون تنظيف الألواح الشمسية مكلفًا للغاية فحسب، بل إنه شاق أيضًا؟

وجد الباحثون العاملون في مشروع NewSkin طريقة للتعامل مع هذه المشكلة من خلال تطوير أسطح كارهة للماء، أو طاردة للماء، تصبح شديدة المحبة للماء عند تعرضها لضوء الأشعة فوق البنفسجية.

على عكس الأسطح الكارهة للماء، التي يتم صد الماء عليها وينكمش لتكوين قطرات ، فإن الأسطح فائقة المحبة للماء لها تقارب قوي جدًا مع الماء، والذي ينتشر عبرها، مما يزيد من ملامسة المادة. يمكن أن يساعد ذلك في تقليل تكلفة إزالة الأوساخ من الألواح والواجهات الزجاجية عن طريق تقليل تكاليف الصيانة، وزيادة كفاءة الوقت، مع تعزيز إنتاج الطاقة الشمسية أيضًا.

يوضح فالنتين هايزر، طالب الدراسات العليا من معهد فراونهوفر للإلكترونيات العضوية، وشعاع الإلكترون وتكنولوجيا البلازما (Fraunhofer FEP) ، ألمانيا ، في بيان صحفي نُشر على موقع المعهد: “نحن نركز على المحبة المائية المستحثة ضوئيًا على الأسطح هنا”.
وذكر البيان “لرفع مستوى هذا التأثير، نطبق أكسيد التيتانيوم البلوري على الزجاج الرقيق في عملية لفة إلى لفة للمرة الأولى، وهذا فعال للغاية، يمكن تطبيق الزجاج فائق النحافة وخفيف الوزن لاحقًا على الواجهات أو دمجه مباشرةً في وحدات الطاقة الشمسية مثل مادة مركبة – وحتى على الأسطح المنحنية. “

تغيير في 30 دقيقة

بدون أي إشعاع فوق البنفسجي، يكون ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO 2 ) كارهًا للماء، ويشكل قطرات الماء، بعد تشعيع سطح مطلي بـ TiO2 بضوء الأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 دقيقة تقريبًا.

وجد باحثو Fraunhofer FEP أن السطح تغير من كاره للماء إلى فائق المحبة للماء، هذا يعني أنه يمكن ترسيب صفر أو القليل جدًا من الأوساخ على الأسطح المطلية بطبقة TiO2 .

يشرح البيان الصحفي المزيد: “إذا كان الغبار المروري، على سبيل المثال، أو الرمل أو الرواسب الترابية الأخرى على الواجهات الزجاجية أو الألواح الشمسية، يتم غسلها بسبب الكراهية المائية للسطح ليلاً عن طريق قطرات المطر المكسوة بالخرز، بالإضافة إلى ذلك، فإن التناوب الدوري للكارهة للماء وخواصه فائقة المحبة للماء تعني أن الأوساخ لا تلتصق بالسطح أثناء النهار”.

طور الباحثون الآن الطلاءات الأولى، لقد قاموا بتغطية لفة زجاجية بعرض 30 سم وطول 20 مترًا (سماكة 100 ميكرومتر) مع 30 إلى 150 نانومتر من أكسيد التيتانيوم في نظام لفافة في مصنع Fraunhofer التجريبي، لا تزال هناك تحديات يجب التغلب عليها، الزجاج الرقيق عبارة عن ركيزة جديدة تنكسر بسهولة شديدة، وهي حساسة للغاية للضغوط الحرارية والميكانيكية.

بالإضافة إلى ذلك، يحقق TiO2 الكراهية للماء والماء فقط عندما يكون متبلورًا، مما يتطلب درجات حرارة عالية أثناء إنتاجه.

ويضيف البيان الصحفي: “لم يكن بالإمكان تنفيذ عمليات الطلاء بالرش مع هذه المتطلبات في تقنية Roll to-roll حتى الآن لأن الركائز الشائعة، مثل الأفلام، لا يمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة، وهذا هو المكان الذي يوفر فيه الزجاج الرقيق بديلاً.”

أتاح البحث الذي تم إجراؤه كجزء من NewSkin (النظام البيئي الابتكاري لتسريع الاستخدام الصناعي لتقنيات النانو السطحية المتقدمة) لعلماء Fraunhofer FEP العمل على الجمع بين TiO 2 وخصائص الزجاج الرقيق بشكل مثالي وفعال من حيث التكلفة لجلب منتجات مبتكرة إلى سوق.

يعمل باحثون من جامعة أوبسالا السويدية الشريكة في المشروع على نقل النتائج إلى أفلام البوليمر.

تابعنا على تطبيق نبض