Wissenschaftler der University of Science and Technology of China haben kürzlich eine umfassende Studie zum Staubansammlungsprozess von Photovoltaikmodulen und zu wasserbasierten Reinigungsmethoden durchgeführt, um Wartungsstrategien zu optimieren und die Sicherheit und Effizienz von Photovoltaiksystemen zu verbessern. Der Schwerpunkt der Studie liegt auf der gewerblichen und industriellen Photovoltaik, der Photovoltaik im Wohnbereich und der Photovoltaik im Versorgungsmaßstab, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Staubverschmutzung durch Photovoltaiksysteme in Asien, insbesondere in China, liegt.
Das Forschungsteam überprüfte 250 relevante Artikel, die bis 2024 weltweit veröffentlicht wurden, und führte eine eingehende Analyse des Entstehungsmechanismus von Staubablagerungen durch. Sie fanden heraus, dass die elementare Zusammensetzung, die Partikelgröße und die Oberflächenrauheit des Staubs entscheidende Eigenschaften sind und dass diese Eigenschaften, kombiniert mit Umweltfaktoren wie relativer Luftfeuchtigkeit, Tau und Niederschlag in verschiedenen Jahreszeiten und geografischen Umgebungen, zur Bildung von vier Arten von Ablagerungen führen. Die Forscher wiesen darauf hin, dass Staubflocken auf verschiedene Weise entstehen, unter anderem durch Adsorption-Kondensation, Rekristallisation usw., und dass unterschiedliche Arten von Staubflocken unterschiedliche Anforderungen an die Reinigungsmethoden stellen. Beispielsweise weisen Ablagerungen aus reinem Mineralstaub eine geringe Haftung auf und sind einfach zu reinigen, während Ablagerungen aus biologischem Staub und Industriestaub eine größere Herausforderung darstellen.
Um diese Herausforderungen effektiv zu bewältigen, ermittelte das Forschungsteam Wasserreinigungsparameter wie Wasserdruck, Durchflussrate und Diffusionswinkel und analysierte die Übereinstimmungsbeziehung zwischen diesen Parametern und Staubarten, -quellen und -eigenschaften. Sie fanden heraus, dass bei lokal angesammeltem Staub, Inselstaub und gerilltem, geschichtetem Staub eine größere Aufprallkraft für eine wirksame Entfernung erforderlich ist, während bei Staubstaub mit geringer Dicke die Abdeckungsfläche des Wasserflusses berücksichtigt werden muss. Darüber hinaus kann Staub aus Wüsten, Städten und Küstengebieten „Schlammgürtel“ bilden, die die Effizienz der Photovoltaik weiter verringern und die thermischen Risiken erhöhen. Studien haben gezeigt, dass in Asien die Effizienz von Photovoltaikanlagen aufgrund der Staubverschmutzung um bis zu 7,84 % pro Woche sinkt. Damit ist Asien eine der am stärksten betroffenen Regionen.
Um diese Probleme zu lösen, schlug das Forschungsteam Strategien zur Optimierung wasserbasierter Reinigungsmethoden vor. Sie wiesen darauf hin, dass sich durch eine Reinigung mit Druckwasser die Effizienz der Stromerzeugung um durchschnittlich 10,4 % steigern lässt und dass sich durch eine wöchentliche Reinigung der Photovoltaikmodule mit Wasser eine Staubverschmutzung wirksam beseitigen lässt. Gleichzeitig lieferten sie Referenzdaten zum minimalen und durchschnittlichen Wasserverbrauch bei der Wasserreinigung und lieferten so eine wissenschaftliche Grundlage für die praktische Anwendung. Die Forschungsergebnisse wurden in Renewable and Sustainable Energy Reviews in einem Artikel mit dem Titel „Kombiniertes Staubverschmutzungsverhalten und Wasserreinigungsmethoden für Photovoltaikmodule“ veröffentlicht.
Diese Studie vertieft nicht nur das Verständnis des Staubentfernungsprozesses von Photovoltaikmodulen, sondern bietet auch eine wissenschaftliche Grundlage für die Formulierung effektiverer Wartungsstrategien, die dazu beitragen, die Gesamteffizienz und Sicherheit von Photovoltaiksystemen zu verbessern.
