Мыть или не мыть?
Известно, что грязные солнечные панели вырабатывают меньше энергии и быстрее выходят из строя. Следовательно, панели необходимо периодически очищать. Как сделать это эффективно и с минимальными затратами?
Главная технология очистки стеклянной поверхности солнечных панелей - нулевая. Это так называемая естественная очистка, происходящая благодаря дождю и ветру: ветер не даёт скапливаться частицам пыли, так что они лежат тонким слоем, а дождь смывает этот слой. Единственное условие - наклонное расположение панелей, чтобы вода не застаивалась, превращая пыль в грязь, а стекала: на скатах крыш это выполняется автоматически, в иных случаях (например, на плоской крыше или другой горизонтальной площадке) следует позаботиться о необходимом уклоне.
Антинаучный подход
В теоретических статьях естественная очистка часто (хотя и не всегда) как бы выносится за скобки и вовсе не упоминается в числе методов борьбы с загрязнениями. Она действительно стоит особняком, поскольку не предполагает никаких действий, то есть не является «методом» в точном смысле слова: невозможно говорить о её «применении» и обсуждать эффективность, которая должна считаться бесконечной (ведь затраты отсутствуют).
Все остальные методы дополняют естественную очистку. Часть из них «заточена» на устранение сильных загрязнений, с которым не справляются природные силы, часть - на предотвращение таких загрязнений. Сервисные компании, специализирующиеся на очистке солнечных панелей, стараются убедить клиентов в полезности регулярного обслуживания, в то время как независимые эксперты зачастую советуют придерживаться принципа «не сломалось - не чини». Смывание обычного слоя пыли, как они считают, не окупается - выигрыш в производительности слишком мал. Замеры мощности свежевымытых панелей могут показывать весьма значительный - до 40% - рост выработки, но это связано с охлаждением панелей в процессе мытья и бо́льшая часть эффекта пропадает, как только температура возвращается к прежнему значению.
Защитные покрытия
Предотвращать серьёзные загрязнения помогают специальные защитные покрытия - гидрофобные, гидрофильные и фотокаталитические. Стекло с гидрофобным покрытием отталкивает воду, так что капли дождя не растекаются по нему, а скатываются вниз, унося с собой пылинки и не оставляя следов. Гидрофильное покрытие, наоборот, вбирает влагу из воздуха, так что панель постоянно покрыта тонкой плёнкой воды; пыль осаждается на воду, и дождь легко её смывает. Многофункциональные покрытия на основе двуокиси титана обладают, в дополнение к гидрофильности, фотокаталитической активностью, так что попадающие на поверхность органические загрязнения быстро разлагаются под действием солнечных лучей.
Солнечные панели с гидрофобными и гидрофильными покрытиями часто называют самоочищающимися, что, наверное, не вполне корректно, так как непосредственно очищает их всё-таки дождь (либо люди). Но существует - по крайней мере, на уровне патента и прототипа - покрытие, способное к активной очистке. Это так называемый электродинамический экран (Electrodynamic Screen, EDS), образованный определённым образом расположенными на поверхности солнечного модуля прозрачными проводящими электродами, которые накрыты сверху прозрачной диэлектрической фторорганической плёнкой либо тонким слоем двуокиси кремния. При подаче на электроды трёхфазного тока частотой от 5 до 20 Гц вокруг них образуются переменное электрическое поле и бегущая электромагнитная волна, в результате чего частицы пыли заряжаются, начинают отталкиваться от поверхности панели, поднимаются над ней и дрейфуют к её краям. (Невероятно! - Прим. ред.)
Если гидрофобные и гидрофильные покрытия достаточно широко представлены на рынке (причина отчасти в том, что сфера их применения вовсе не ограничена солнечными панелями), то электродинамические экраны, запатентованные ещё в 2010 г., насколько известно, пока не запущены в промышленное производство. По происхождению это дорогая космическая технология - варианты экрана разрабатывались в НАСА для Луны и Марса, - и в земных условиях её применение, скорее всего, не окупится. Кроме того, экран потребляет электроэнергию - не «съест» ли он всё, что удастся выиграть за счёт качественной очистки солнечной панели или даже больше?
Воздуходувки
Пустынные регионы - это жаркое солнце и огромные свободные площади для установки солнечных электростанций, но там мало воды и много пыли, уменьшающей прозрачность воздуха и оседающей на фотоэлектрических панелях. Естественная очистка панелей в таких местностях работает плохо: дожди, когда они случаются, зачастую не успевают смыть всю пыль, и её остатки засыхают в виде слоя грязи, непроницаемого для солнечных лучей. А вода, необходимая, чтобы смыть эту грязь, - дефицитный ресурс. Всё это заставляет задуматься о сухой очистке панелей посредством сильной воздушной струи, которая будет не только удалять с них пыль, но и охлаждать их: даже горячий воздух прохладнее нагретой солнцем поверхности.
Группа исследователей из ОАЭ предложила использовать для этой цели выходной поток воздуха от кондиционера - решение подходит для солнечных панелей на крышах домов, оборудованных кондиционерами, но не для солнечных электростанций в пустыне. Двое индийских учёных разработали подвижную воздуходувку, перемещающуюся по горизонтали вдоль ряда солнечных панелей, и в 2017 г. представили прототип своего устройства.
Ещё одна интересная идея заключается в использовании ветра в сочетании с эффектом Вентури - падением давления и увеличением скорости жидкости или газа (в данном случае газа) при протекании его потока через суженную часть трубы. Такой проект был реализован на практике, правда, вовсе не в пустыне, а в зоне смешанных лесов, где воды достаточно, но ею нельзя пользоваться на улице в зимний период. Трубу с сужением установила на крыше одного из домов в Оттаве канадская компания Isolara Energy Services; ускоренный в ней ветровой поток очищал от снега панели солнечных тепловых коллекторов. Сделать это позволило наличие преобладающего ветра - бриза с реки Оттавы, который продолжает дуть даже зимой, когда вода в реке замерзает.
Тема удаления сильных загрязнений заслуживает отдельной статьи. Здесь же можно заметить, что специализированных компаний, предлагающих услуги по очистке солнечных панелей, довольно много, но если говорить о жилом секторе, то домовладельцы зачастую обслуживают свои панели сами. Профессионалы, желая убедить потенциальных клиентов в ценности своего сервиса, делают главный упор на деликатности обработки: никаких химикатов, только чистая, и не просто чистая, а тщательно очищенная вода нормализованного состава, щётки и губки, которые никогда не повредят стекло. (Для некоторых типов загрязнений приходится всё-таки делать исключение: например, если на солнечные панели попадёт масло, его рекомендуется стереть изопропиловым спиртом.) Стандартный инструмент мойщика «домашних» панелей - швабра на длинной ручке, иногда с распылителем; механизированные и автоматизированные моечные агрегаты применяются по преимуществу на больших промышленных установках.
