Selbstreinigende Sonnenkollektoren

Einer der besten Orte, um ein Solarpanel zu platzieren, ist in der Wüste, wo es sonnig ist. Aber Wüsten sind auch staubig, was bedeutet, dass die Platten häufig gewaschen werden müssen, damit der Staub sie nicht davon abhält, Sonnenlicht einzufangen. Eine neue Technologie könnte eine Lösung bieten – indem sie Sonnenkollektoren selbst reinigen lässt.

Wüstensturm: Staubwolken wie diese am Persischen Golf können die Solarstromleistung beeinträchtigen, wenn sich Staub auf den Platten ansammelt. Eine neue Technologie, die den Staub reinigt, könnte helfen.

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Die Technologie wurde für zukünftige Rover-Missionen zum Mars entwickelt, könnte aber hier auf der Erde funktionieren, um die Sonnenkollektoren mit Spitzenleistung zu betreiben. Es nutzt elektrostatische Ladung, um Staub abzuwehren und an die Kanten der Platten zu drücken. Es kann 90 Prozent des Staubs auf einem Solarpanel in einem Zwei-Minuten-Zyklus entfernen, sagt Malaiisch Mazumder , ein Forschungsprofessor an der Boston University, der die Arbeit leitete. Die Technologie wurde diese Woche auf dem Treffen der American Chemical Society in Boston beschrieben.



Staub, der sich auf Sonnenkollektoren ansammelt und das Licht blockiert, kann Rover auf dem Mond oder Mars lahmlegen. Die Mars-Rover Spirit und Opportunity hielten länger als erwartet, da gelegentliche Windböen ihre Panels verlassen haben. Aber wir haben vielleicht nicht immer Glück, sagt Rao Surampudi, ein Projektmonitor am Jet Propulsion Laboratory der NASA. Tatsächlich profitierte die Rover-Mission Mars Pathfinder in den 1990er Jahren nicht von solchen Winden.

Staub hat auch Solaranlagen auf der Erde verteufelt. Staubstürme haben beispielsweise die Stromproduktion in einem großen 10-Megawatt-Solarkraftwerk in den Vereinigten Arabischen Emiraten um 40 Prozent reduziert. Das Waschen der Platten kann zeitaufwendig sein oder eine kostspielige Automatisierung erfordern – und es braucht viel Wasser, eine kostbare Ressource in der Wüste. Mit dieser neuen Technologie können Sonnenkollektoren automatisch ohne Wasser oder Arbeit gereinigt werden, sagt Mazumder.

Technologie ist schlecht für die Bildung

Das System macht sich zunutze, dass die meisten Staubpartikel, insbesondere in trockenen Umgebungen, elektrisch geladen sind. Ein transparentes Elektrodenmaterial wie Indium-Zinn-Oxid liefert einen Wechselstrom an die Oberseite der Tafel. Wenn es zwischen positiv und negativ geladen wechselt, erzeugt es ein elektrisches Feld, das positiv und negativ geladene Teilchen abstößt. Das elektrische Feld trägt auch dazu bei, ungeladenen Staubpartikeln eine Ladung zu verleihen, sodass sie schnell abgestoßen werden können, wenn sie mit dem Panel in Kontakt kommen. Die Forscher haben das System so konstruiert, dass das elektrische Feld von einer Seite des Solarpanels zur anderen arbeitet und den Staub nach und nach weiterbewegt, bis er abfällt.

Das System verbraucht nicht viel Energie – der elektrische Strom ist gering und muss normalerweise nur zwischen zwei und fünf Minuten am Tag eingeschaltet sein, sagt Mazumder. Das System könnte einen Sensor umfassen, um zu bestimmen, wann die Platte gereinigt werden muss. Die Technologie funktioniert nicht, wenn der Staub nass und schlammig wird, daher sollte sie ausgelöst werden, um Staub zu entfernen, bevor es regnet, sagt Mazumder.

Die Technologie von Mazumder ist einer von zwei Ansätzen, die die NASA zur Reinigung von Sonnenkollektoren finanziert hat. Der andere vibriert das gesamte Panel, um den Staub loszuschütteln. Es ist noch nicht klar, was sich für Weltraummissionen als praktischer erweisen wird, sagt Surampudi, der die Forschung an beiden Entstaubungstechniken beaufsichtigte. Die Verwendung von Vibrationen ist einfacher und erfordert weniger Modifikationen am Solarpanel, sagt er. Aber es entfernt feine Partikel nicht so gut wie der elektrische Feldansatz. Für terrestrische Anwendungen muss die Technologie von Mazumder mit anderen potenziellen Ansätzen konkurrieren, um Solarzellen ohne Wasser zu reinigen, wie beispielsweise das Aufblasen von Luft oder das Hinzufügen einer Antihaftschicht.

Die elektrische Feldtechnologie könnte sich als einfach herzustellen erweisen, sagt Mazumder, weil viele Solarhersteller bereits über Anlagen verfügen, um transparente Elektroden, die die elektrischen Felder erzeugen würden, auf Panels abzuscheiden. Im nächsten Schritt soll ermittelt werden, ob das Ziel der Forscher, die Herstellungskosten unter etwa 1 Prozent der Gesamtkosten des Solarmoduls zu halten, erreicht werden kann. Der Wert des Systems hängt jedoch davon ab, wie staubig Sonnenkollektoren an verschiedenen Orten werden. Herkömmliches Waschen mit Wasser zum Beispiel funktioniert gut genug für eine große Sammlung von Solaranlagen auf dem Dach, die von Southern California Edison betrieben werden, sagt das Versorgungsunternehmen.

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