Hvorfor solcellepanelene dine hater oppvasksåpe: Et teknisk dypdykk i rengjøringskjemi

Rengjøring av solcellepaneler virker generelt veldig enkelt for mange solcelleeiere på grunn av den tilsynelatende begrunnelsen bak det. Skitne paneler produserer generelt mer kraft enn rene paneler rett og slett fordi de har mindre smuss og derfor produserer mindre kraft enn den opprinnelige tilstanden før de ble skitne, og derfor bør rengjøring av dem med et vanlig husholdningsrengjøringsmiddel som oppvaskmiddel bringe panelene tilbake til sine opprinnelige ytelsesnivåer. Forskning utført ved Universitetet i Turku, Finland, har imidlertid kommet til en uventet konklusjon angående produktet de fleste instinktivt bruker etter å ha rengjort solcellepanelene sine; oppvaskmiddel kan faktisk gjøre akkurat det motsatte av det du ønsker å oppnå, og ved å gjøre det kan det forringe produksjonen ytterligere.

Dette funnet er viktig utover bare å være en fotnote; det vil tjene som en viktig lærdom for de som vil vedlikeholde sine solcelleanlegg i fremtiden. Spesifikt illustrerer dette funnet hvordan samspillet mellom fysikken til lys og overflatekjemi må forstås for å kunne vedlikeholde ethvert PV-systemmateriale.

Belegget på solcellepaneler har en svært viktig rolle da det forhindrer at sollys reflekteres fra panelets overflater; uten belegget ville omtrent fire prosent av det innfallende lyset reflektert fra paneloverflaten; derfor, uten belegget, ville det være et betydelig tap av fotoner fra å kunne omdannes til elektrisk strøm av solcellene. Belegget er veldig tynt (måles ofte i nanometer) og dets optiske dyktighet vil bare forbli intakt hvis panelets overflater holdes på en meget presis standard.

Når du legger såpe til denne ligningen, legger du ikke bare såpe til vannet og såpen. Du lager en kompleks løsning av overflateaktive midler, avfettingsmidler, dufter, konserveringsmidler og ofte natriumklorid (salt) som fortykningsmiddel. Selv om disse materialene fungerer godt for å løse opp fett på tallerkener, kan det forekomme en mye mer kompleks interaksjon når de brukes på en menneskeskapt -anti-reflekterende overflate.

Forskerne Julianna Varjopuro og Kati Miettunen ved Universitetet i Turku har utført en serie tester på fotovoltaiske glassprøver i en finsk studie. Forskerne sammenlignet oppvaskmiddel med en rekke andre rengjøringsprodukter, inkludert etanol, aceton, isopropanol, et spesielt vaskemiddel laget spesielt for rengjøring av solcellepaneler, og en vanlig vindusvasker. To ulike testmetoder ble brukt; den første innebar å rense prøvene ved å dyppe dem i de forskjellige rengjøringsmidlene over en lengre periode; den andre involverte vekst av alger på glassoverflaten for å gjenskape virkelige rengjøringsforhold. Lys fra et stort antall bølgelengdeområder ble målt ved hjelp av et spektrofotometer for å se hvor mye lys som ble overført etter hver rengjøringsmetode. Resultatene var klare-.

På rent glass har de fleste produktene enten opprettholdt eller noe forbedret lystransmisjonen. Oppvaskmiddel reduserte imidlertid overføringen med omtrent 1 %. På glass som var blitt tilsmusset med alger og deretter renset, ble forskjellen større: oppvaskmiddel etterlot et vedvarende overføringstap på nesten 4 % sammenlignet med riktig rengjorte overflater. Dette oversetter direkte til elektrisitet-en 3–4 % reduksjon i energiutbytte, rett og slett fra å bruke feil vaskemiddel.

Det er avgjørende at mikroskopisk analyse avslørte at selve det anti-reflekterende belegget ikke var fysisk nedbrutt eller etset. Problemet var ikke permanent skade, men vedvarende rester. Oppvasksåpe etterlot seg en film som, selv om den var usynlig for det blotte øye, var tilstrekkelig til å endre de optiske egenskapene til glasset. Selv grundig skylling klarte ikke å gjenopprette de opprinnelige overføringsnivåene.

Hvorfor oppfører oppvaskmiddel seg annerledes enn andre rengjøringsmidler? Svaret ligger i dens kjemiske formulering. Oppvasksåper er designet for å feste seg til overflater-det er derfor de effektivt fjerner fett fra tallerkener, men krever også grundig skylling. De inneholder ofte overflateaktive stoffer som etterlater en hydrofil eller hydrofob film avhengig av formelen.

Når de påføres anti-reflekterende glass, fyller disse restene de mikroskopiske porene i belegget eller lager en jevn film som endrer brytningsindeksen på overflaten. Det anti-reflekterende belegget fungerer ved å skape en gradvis overgang i brytningsindeksen mellom luft og glass. Ethvert fremmedmateriale avsatt på den forstyrrer denne gradienten, og gjenoppretter effektivt refleksjonstapene belegget ble designet for å eliminere.

I motsetning til isopropylalkohol og profesjonelle glassrengjøringsmidler, er etanol og aceton også svært effektive, men du må bruke dem med forsiktighet basert på deres potensial til å forårsake kjemiske reaksjoner med innramming eller forseglingsmaterialer. Denne studien har vist at alle disse flyktige rengjøringsmidlene og spesialbygde-produktene beregnet for PV-rengjøring ikke skadet den optiske ytelsen.

Som et resultat av disse funnene er her noen anbefalinger for både private og kommersielle PV-systemeiere:

Unngå bruk av oppvaskmiddel helt.Selv om solcellepaneler kan virke rene etter-bruk med oppvaskmiddel, etterlater såpen en usynlig rest, som vil fortsette å hemme ytelsen til den fjernes naturlig gjennom værpåvirkning (regn, UV og vind). I noen områder av verden med minimalt med nedbør, for eksempel den sørvestlige delen av USA, kan vaskemiddelrestene forbli på moduler i så lenge som 6 måneder.

Bruk kun anbefalte rengjøringsmidler.Rengjøringsprodukter som inneholder isopropylalkohol (vanligvis 70 % konsentrasjon eller høyere) eller kommersielt markedsførte produkter spesifikt for rengjøring av glass, men som ikke inneholder kondisjonerings- eller voksmaterialer, er trygge å bruke. Formålsbaserte-løsninger for rengjøring av solcellepaneler kan være høyere priset; Imidlertid er kjemien i slike produkter spesielt utviklet for bruk på anti-reflekterende belegg.

Bruk vann av høyeste kvalitet når du bruker vann alene.Ideelt sett bør du bruke avionisert eller destillert vann. Hvis du bruker springvann til rengjøring, vil du etterlate mineralrester på solcellemodulen, og disse restene kan bygge seg opp overtid og begrense mengden lys som sendes gjennom det området.

Vurder mekaniske metoder nøye.Myke børster eller naler er akseptable; slipende verktøy kan ripe opp glasset eller belegget, og forårsake permanent skade som ikke er relatert til rengjøringskjemi.

Den finske undersøkelsen støtter samtidige undersøkelser som utføres av Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics i Tyskland, som begge har vist at mange av de vanlig brukte rengjøringsløsningene vil forårsake langvarig-skade på anti-reflekterende belegg på solcellepaneler. Samlet demonstrerer de en økende erkjennelse i industrien av at vedlikeholdshandlinger ikke skjer i et vakuum; som sådan vil de påvirke levetiden til et solcellepanels ytelse fra og med installasjonen av et system.

Et effektivitetstap på 3–4 % fra feil rengjøring høres kanskje ikke katastrofalt ut for en tilfeldig observatør. For en kommersiell installasjon som genererer tusenvis av kilowatt-timer årlig, representerer det imidlertid et betydelig økonomisk tap over tid. For boligsystemer kan det bety forskjellen mellom å møte energiforventningene og å lure på hvorfor produksjonen virker lavere enn naboinstallasjoner.

Fristelsen til å bruke det som allerede er under kjøkkenvasken er forståelig. Men som denne forskningen viser, har bekvemmelighet en pris. Å velge riktig rengjøringsmiddel krever ingen spesialisert opplæring-bare bevissthet. Og innen solenergi, hvor marginer og-langsiktig ytelse betyr noe, har slike små valg målbare konsekvenser.