المقالة مترجمة للكاتب [David L. Chandler [1
من المتوقع أن تصل توليد الطاقة الشمسية إلى 10٪ من توليد الطاقة العالمي بحلول عام 2030. ولكن تراكم الغبار على الألواح الشمسية يمكن أن يقلل من الطاقة المنتجة بنسبة 30٪. يتم استخدام حوالي 10 مليار جالون من المياه سنويًا لتنظيف الألواح الشمسية، وتكمن الصعوبة في نقل المياه إلى أماكن الألواح الشمسية والتي تتواجد غالبا في الصحاري بعيدا عن المدن. لذلك، طور مهندسو معهد MIT طريقة جديدة لتنظيف الألواح الشمسية من دون استخدام الماء. وذلك عن طريق التنافر الكهروستاتيكي (Electrostatic repulsion) الذي يؤدي إلى انفصال جزيئات الغبار عن سطح اللوحة الشمسية.
يعمل هذا النظام عن طريق تمرير قطب كهربائي بسيط فوق سطح اللوحة الشمسية، مما ينقل شحنة كهربائية إلى جزيئات الغبار، والتي يتم صدها بعد ذلك بواسطة شحنة مطبقة على اللوحة نفسها. ويمكن تشغيل النظام تلقائيًا باستخدام محرك كهربائي بسيط وقضبان توجيه على طول اللوحة.
على الرغم من الجهود المكثفة في جميع أنحاء العالم لتطوير ألواح شمسية أكثر كفاءة. ولكن تبقى أن مشكلة انخفاض إنتاج الطاقة من الألواح تحدث في بداية عملية تراكم الغبار ويمكن أن يصل هذا الانخفاض إلى 30% بعد شهر واحد فقط دون تنظيف. حتى الانخفاض بنسبة 1% في الطاقة المنتجة قد يؤدي إلى خسارة 200 ألف دولار في الإيرادات السنوية بالنسبة لمحطة طاقة شمسية بقوة 150 ميغاواط. يقول الباحثون إن خفض إنتاج الطاقة بنسبة 3-4% سيؤدي إلى خسائر تتراوح بين 3.3 إلى 5.5 مليار دولار على مستوى العالم.
يشكل تنظيف المياه حوالي 10% من تكاليف تشغيل منشآت الطاقة الشمسية. يقول الباحثون إن النظام الجديد يمكن أن يقلل هذه التكاليف مع تحسين إنتاج الطاقة الإجمالي من خلال القيام بعمليات تنظيف آلية عبر تقنية التنافر الكهروستاتيكي.
النظام الجديد الذي طوروه لا يتطلب سوى قطب كهربائي، والذي يمكن أن يكون قضيبًا معدنيًا بسيطًا يمر فوق اللوحة، مما ينتج عنه مجال كهربائي ينقل الشحنة إلى جزيئات الغبار. ويتم تطبيق شحنة معاكسة على طبقة شفافة تترسب على الغطاء الزجاجي للوحة الشمسية ثم تتنافر مع الجسيمات، وقد تمكن الباحثون من العثور على نطاق جهد كافي للتغلب على سحب الجاذبية وقوى الالتصاق، وهذا يؤدي إلى رفع الغبار وإزالته بعيدًا.
باستخدام عينات مختبرية معدة خصيصًا من الغبار مع مجموعة من الجسيمات، أثبتت التجارب أن العملية تعمل بشكل فعال في المختبر. حيث أظهرت الاختبارات أن الرطوبة في الهواء تسبب في تكون طبقة رقيقة من الماء على الجزيئات، والتي تبين أنها ضرورية لإنجاح التأثير. وطالما أن نسبة الرطوبة المحيطة تزيد عن 30%، من الممكن إزالة جميع الجزيئات تقريبًا من سطح اللوحة الشمسية، ولكن الأمر يصبح أكثر صعوبة مع انخفاض نسبة الرطوبة.
من الناحية العملية، يمكن تزويد كل لوحة شمسية بأعمدة على كل جانب، مع قطب كهربائي يمتد عبر اللوحة ومحرك كهربائي صغير. والذي من شأنه أن يدفع الأعمدة لتحريك القطب من أحد طرفي اللوحة إلى الطرف الآخر، مما يتسبب في تساقط جميع جزيئات الغبار. ويمكن أتمتة العملية بالكامل أو التحكم فيها عن بُعد. أو بدلاً من ذلك، يمكن تركيب شرائح رقيقة من مادة شفافة موصلة فوق اللوحة الشمسية، مما يلغي الحاجة لتحريك الأجزاء.
من خلال استخدام هذه التقنية لإزالة جزيئات الغبار وعدم الاعتماد على المياه، فإن هذه الأنظمة لديها القدرة على تحسين كفاءة وموثوقية الأنظمة الشمسية وخفض تكاليف التشغيل الإجمالية.
وهنا مقطع فيديو يوضح آلية عمل هذه التقنية:
المراجع:
[1]: https://www.weforum.org/agenda/2022/03/solar-panels-waterless-clean
