Tác động của bụi đến hiệu suất tấm pin mặt trời trong môi trường ven biển khô cằn

 

 

Một nhóm nghiên cứu Ả Rập Xê Út – Ai Cập đã nghiên cứu Tác động của bụi đến hiệu suất tấm pin mặt trời trong môi trường ven biển khô cằn và phát hiện ra rằng tổn thất điện năng có thể lên tới 48%.

 

Một nhóm nghiên cứu do Đại học Imam Abdulrahman Bin Faisal của Ả Rập Xê Út dẫn đầu đã tiến hành một nghiên cứu thực nghiệm về cách các thành phần bụi khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất quang điện. Nghiên cứu đã xem xét bốn loại bụi: montmorillonite, kaolinite, bentonit và bụi tự nhiên trên các tấm pin mặt trời hoạt động trong môi trường ven biển khô cằn.

 

“Những phát hiện của nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn trong việc tối ưu hóa việc bảo trì tấm pin năng lượng mặt trời ở các vùng ven biển khô cằn”, nhóm giải thích. “Bằng cách liên kết thành phần bụi với các cơ chế phân hủy, các bên liên quan có thể ưu tiên lịch trình vệ sinh hoặc lựa chọn lớp phủ phù hợp với các khoáng chất chủ yếu. Ví dụ, lớp phủ kỵ nước có thể làm giảm độ bám dính do độ ẩm trong môi trường giàu canxi, trong khi các vùng giàu sắt có thể được hưởng lợi từ vật liệu chịu nhiệt.”

 

 

Các thí nghiệm được thực hiện tại Jubail, một thành phố trên bờ biển Vịnh Ba Tư của Ả Rập Xê Út, được phân loại là BWh (sa mạc nóng) theo hệ thống khí hậu Köppen. Một tấm pin quang điện đa tinh thể 20 W đã được sử dụng để thử nghiệm hiệu suất ngoài trời từ ngày 9 đến ngày 29 tháng 9 năm 2025. Ở công suất tối đa, tấm pin cung cấp dòng điện 1,14 A và điện áp 17,6 V, với điện áp mạch hở là 21,1 V và dòng điện ngắn mạch là 1,29 A.

 

Đất sét montmorillonite, kaolinite và bentonit được lấy từ bột khoáng thương mại và được sàng lọc đến kích thước dưới 45 μm. Các mẫu bụi tự nhiên được thu thập thủ công từ các bề mặt kính tiếp xúc với điều kiện môi trường xung quanh tại Jubail. Quá trình lắng đọng bụi được thực hiện qua bảy giai đoạn, bắt đầu với mật độ bề mặt khoảng 1,0 g/m² và tăng dần đến khoảng 7,0 g/m². Các phép đo được thực hiện sau mỗi giai đoạn lắng đọng.

 

“Phân tích khoáng vật học bằng SEM-EDX cho thấy các cấu trúc thành phần riêng biệt có mối tương quan trực tiếp với các mô hình suy giảm hiệu suất”, các học giả cho biết. “Bụi tự nhiên, đặc trưng bởi hàm lượng silica cao (25,37%) và canxi oxit (30,52%), nổi lên là chất gây ô nhiễm có hại nhất, gây ra tổn thất công suất 48% ở mật độ lắng đọng 6 g/m2 thông qua sự kết hợp tán xạ ánh sáng và quá trình kết dính hút ẩm.”

 

Bụi giàu canxi được phát hiện là đặc biệt gây vấn đề trong điều kiện ven biển, nơi độ ẩm cao (độ ẩm tương đối 40–65%) biến các hạt rời thành các lớp bám dính, kháng lại các cơ chế làm sạch tự nhiên. Ngược lại, hàm lượng sắt cao (62,67%) của montmorillonite góp phần gây suy thoái nhiệt, làm tăng nhiệt độ bề mặt tấm pin lên 40,4 độ C và làm giảm điện áp mạch hở.

 

“Độ ẩm nổi lên như một yếu tố khuếch đại quan trọng thay vì là một yếu tố gây căng thẳng độc lập, làm giảm hiệu suất 15–30% khi độ ẩm tương đối vượt quá 60%. Ngưỡng này đánh dấu sự chuyển đổi từ tình trạng bám bẩn có thể được làm sạch tự nhiên sang bám dính cố định, trong đó lực mao dẫn liên kết các hạt bụi với bề mặt tấm pin với cường độ đủ mạnh để chống lại sự thổi bay do gió”, các học giả giải thích thêm. “Phân tích hàng ngày cho thấy việc phát điện tối ưu diễn ra vào các giờ sáng có độ ẩm thấp (8:00–11:30 sáng, hiệu suất 12–13%), trong khi hiệu suất giảm 20–25% vào buổi chiều”.

 

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng ô nhiễm hạt ảnh hưởng đáng kể đến sự suy giảm hiệu suất, với Chỉ số Chất lượng Không khí ( Air Quality Index, AQI) cho thấy mối tương quan âm mạnh hơn với hiệu suất so với chỉ riêng độ ẩm. “Ở mức AQI vượt quá 160, tác động kết hợp của sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt khí dung trong không khí và bám bẩn bề mặt đã làm giảm hiệu suất chuyển đổi xuống dưới 10%, ngay cả khi mật độ lắng đọng bụi vừa phải (3–4 g/m2)”, họ kết luận.

 

Những phát hiện của họ được công bố trong bài báo “Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình về tác động của thành phần bụi lên hiệu suất quang điện trong môi trường ven biển khô cằn” trên Tạp chí Nghiên cứu Vật liệu và Công nghệ. Các nhà khoa học từ Đại học Imam Abdulrahman Bin Faisal của Ả Rập Xê Út, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Ai Cập và Đại học Ain Shams của Ai Cập đã tham gia nghiên cứu này.

 

Tham khảo thêm: Vệ sinh tấm pin bằng béc rửa tấm pin năng lượng mặt trời