Pētnieki sola atrisināt galveno saules enerģijas paneļu problēmu

Pasaulei pārejot uz atjaunīgo energoresursu izmantošanu, arī saules enerģijas loma pieaugs. Dažādas prognozes liecina, ka 2030. gadā tā varētu veidot ap 10% no kopējā saražotā elektroenerģijas daudzuma. Saprotams, te nav runa par dažiem paneļiem uz biroju ēku jumtiem vai privātmājām, kuru zaļi domājošie īpašnieki kādu daļu jumta laukuma atvēlējuši saules paneļiem. Te domātas milzīgas, masīvas saules enerģijas "fermas" tuksnešainos apvidos, kas aizņem daudzu kvadrātkilometru lielas platības.

Tuksnešiem ir vairāki bonusi šajā ziņā – šīs teritorijas nekam citam īsti izmantojamas nav, tāpēc saules paneļu izvietošana tur nebūtu uz kādas citas saimniekošanas nozares rēķina – "neapēstu" derīgu zemi. Tuksnešos arī ir sauss un pārsvarā saulains laiks. Taču ir arī būtisks mīnuss – putekļi. Turklāt līdz ar klimata pārmaiņām putekļu vētras būs arvien biežāka parādība. Starp citu, tā nav tikai Āfrikas problēma – putekļi no Sahāras mēdz atceļot arī pie mums uz Eiropu, kā tas notika marta vidū.

Izmēģinājumos secināts, ka putekļu uzkrāšanās saules paneļa efektivitāti mēneša laikā vien var samazināt pat par trešdaļu, ja panelis netiek tīrīts. Tikmēr zinātnieki strādā pie labāku paneļu tehnoloģiju izstrādes, kas uzlabo efektivitāti saules enerģijas pārvēršanā par elektroenerģiju par dažiem procentiem. "Viņi pārbīda materiālzinātnes robežas un cenšas iegūt papildu dažus efektivitātes procentus tur un šur, bet te mums ir problēma, kas visus šos ieguvumus vienkārši aizslauka nebūtībā," MIT ziņu vietnē citēts mehāniskais inženieris profesors Kripa Varanasi. Viņš kopā ar studentu Srīdatu Panatu izstrādājis risinājumu, kas nākotnē varētu putekļu problēmu atrisināt.

"Pat viena procenta sarukums elektroenerģijas ražošanā saules paneļu stacijā ar kopējo jaudu 150 megavati nozīmētu 200 tūkstošu dolāru zaudējumus ik gadu. Globāli sarukums par trim četriem procentiem no saules gaismas saražotās elektroenerģijas daudzumā nozīmētu jau no trim līdz vairāk nekā pieciem miljardiem dolāru zaudējumus," piebilst Varanasi.

Šobrīd paneļu tīrīšanai tiek izmantots ūdens – tas sastāda vismaz desmito daļu no saules enerģijas staciju ekspluatācijas izmaksām. Ņemot vērā šādu instalāciju atrašanās vietu, ūdeni bieži vien jāved ar autocisternām, turklāt nevar izmantot kuru katru no ūdenstilpes iesūknētu ūdeni. Tam jābūt tīram un demineralizētam, pretējā gadījumā uz saules paneļu virsmas paliktu nogulsnes, atkal jau samazinot efektivitāti.

Tāpat jāņem vērā, ka tīrs dzeramais ūdens daudzviet pasaulē jau ir deficīta prece, un nākotnē tīra ūdens vērtība tikai pieaugs. Tas nav resurss, ar kuru šķiesties vieglprātīgi. Šobrīd saules paneļu tīrīšanai ik gadu tiek tērēti apmēram 40 miljardi litru ūdens. Tas ir gana, lai ar dzeramo ūdeni nodrošinātu divus miljonus cilvēku.

Savukārt sausā tīrīšana ar birstēm, pirmkārt, ir ļoti darbietilpīgs pasākums – atceramies, ka te runa ir par gigantiskām platībām, nevis dažiem desmitiem saules paneļu. Tāpat birstēšana ir abrazīva un ar laiku saskrāpē saules paneļu virsmas. Tādējādi tie zaudē efektivitāti.

Pats koncepts izmantot elektrostatiskos spēkus, lai atgrūstu no saules paneļu virsmām nevēlamās daļiņas, nav jauns. Pie dažādiem risinājumiem strādāts jau labu laiku. Tostarp šīs tehnoloģijas pētītas arī izmantošanai Marsa izpētes roveru saules paneļos. Šobrīd gan modernie "Curiosity" un "Perseverance" elektroenerģiju ražo no kodolelementiem.

Tomēr Varanasi un Panata izstrādātā tehnoloģija būtiski atšķiras izpildījuma ziņā. Ja parasti pētnieki pašos paneļos integrē elektrodus, tad MIT zinātnieki sola vienkāršāku un robustāku risinājumu. Pašos paneļos integrētie risinājumi bieži vien ātri sabojājoties, piemēram, kad elektrodinamiskajā slānī nonāk mitrums. Šie risinājumi varētu būt lietderīgi ārkārtīgi sausās vietās, kā tas ir uz Marsa, bet pat tuksnešos uz Zemes nav tik sauss, lai šī nebūtu problēma.

Jaunā sistēma paredz, ka elektrods – kas var būt arī vienkāršs metāla stienītis – slīd virs saules paneļa virsmas pa vadstieņiem, kas atrodas saules paneļa malās. Elektrods, šādi slīdot pāri, piešķir lādiņu uz virsmas sakrājušos putekļu daļiņām. Pēc tam pretējs elektrisks lādiņš tiek pievadīts dažus nanometrus plānam, caurspīdīgam slānim uz paša saules paneļa. Pētnieki virknē eksperimentu noskaidroja optimālo spriegumu, ar ko būtu pietiekami, lai pārmāktu saķeri un gravitāciju, un paceltu putekļu daļiņas no paneļu virsmas.

Izmantojot speciāli sagatavotus dažāda "kalibra" putekļu paraugus, laboratorijā Varanasi un Panata noskaidroja, ka visoptimālāk šāda sistēma sāk strādāt, ja gaisa relatīvais mitrums ir 30%, un liela daļa tuksnešu, lai cik sausi mums tie nešķistu, kādā diennakts laikā šim rādītājam atbilst. Piemēram, daudzviet rīta stundās tur veidojas migla, un arī paneļu tīrīšanas procedūru tad varētu ieprogrammēt attiecīgajos laikos.

Sistēma ideālā gadījumā būtu pašpietiekama un elektroda virzīšanai pāri panelim tiktu tērēta neliela daļa no paša paneļa saražotās enerģijas. Pagaidām abu pētnieku radītā sistēma labi tiek galā ar daļiņām, kas ir izmērā no 30 līdz 40 mikroniem, taču vēl "jāatkož", kā atbrīvot saules paneļus no smalkākiem putekļiem, kas izmērā ir zem 10 mikroniem.