Szkło solarne jest stosowane jako przeszklenie ochronne w urządzeniach solarnych, takich jak moduły fotowoltaiczne i kolektory słoneczne. W wielu suchych regionach gromadzenie się pyłu prowadzi do ekstremalnych strat wydajności tych urządzeń z powodu zabrudzenia – spadek nawet do 80% w ciągu 6 miesięcy.

W celu uzyskania powtarzalnej kwalifikacji typów szkła i powłok opracowano urządzenia do badania zabrudzenia. Są one stosowane, by zabrudzić próbki jednorodnie z użyciem określonego rodzaju naturalnego lub znormalizowanego pyłu. Wyniki analizowane są za pomocą przenośnego czujnika zabrudzeń mierzącego utratę transmitancji.

Sztuczne brudzenie na sucho
Zastosowano metodę brudzenia na sucho z komorą brudzenia, wyjaśnioną w poprzednich publikacjach [Klimm 2015], tak aby rozprowadzić jednorodnie na powłoki szklane zarówno pył standaryzowany (sztuczny), jak i naturalne rodzaje pyłu.

Sztuczne zabrudzenie z nawilżaniem
Druga metoda wykorzystuje suche zabrudzenie sztucznym pyłem testowym SAE 726j z uprzednim nawilżeniem powierzchni w celu lepszego przylegania pyłu.

Nawilżenie zapewniono za pomocą nebulizatora ultradźwiękowego, pozostawiając na próbkach warstwę wilgoci o grubości od 1,5 μm do 40 μm, w zależności od zachowania powierzchni w stanie zwilżenia.

Bezpośrednio po zwilżeniu, na próbki (do 75 x 75 cm2) nakładano jednorodną warstwę pyłu o masie 5 g/m2. Transmitancja promieniowania słonecznego jest mierzona za pomocą spektrometru FT-IR, rys. 1. Następnie zabrudzone próbki są montowane i monitorowane na zewnątrz.

Rys. 1. Transmitancja słoneczna (AM1,5) 8 różnych próbek szkła w stanie wyjściowym (czystym), po sztucznym zabrudzeniu, a następnie po ekspozycji na deszcz z naturalnym czyszczeniem

Stacja czujników zabrudzenia na zewnątrz
Wspomniane powyżej zabrudzone próbki z powłokami funkcjonalnymi oraz próbki referencyjne zostały wystawione na zewnątrz (działanie warunków zewnętrznych) w celu zbadania właściwości „samoczyszczących”.

Próbki zostały zamontowane na dachu we Freiburgu (Niemcy), aż do momentu wystąpienia co najmniej jednego deszczu o wielkości > 5 mm. Zastosowanie minimodułu PV zapewnia odpowiednie podejście do ilościowego określenia efektu zabrudzenia. Stosunek wyjściowej energii elektrycznej do padającej energii słonecznej VE pozwala na porównanie wartości dziennych.

Rys. 2. Zabrudzona próbka szkła na czujniku zabrudzenia po lekkim (po lewej) i silnym (po prawej) deszczu

Wyniki i wnioski
Dla wszystkich próbek, warstwa pyłu spowodowała do 57 % utraty wydajności. Deszcz był w stanie, w większości przypadków, w pełni przywrócić początkową wydajność. Zmierzone straty transmisji, spowodowane zabrudzeniem, wykazują korelację z właściwościami zwilżania powierzchni.

Niestarzejące się powłoki próbek o powierzchni hydrofobowej wydają się działać najlepiej. Próbki o małym kącie zwilżania wynoszącym ~15° również dobrze się sprawdzają. Szkło niepowlekane, zgodnie z oczekiwaniami, po ekspozycji na deszcz wykazywało nadal niższą transmisję. Z oceny współczynnika energetycznego VE wynika, że na skutek zabrudzenia jego wartość spada z ~10% do wartości między 7 a 8%.

Zatem lekki deszcz wręcz pogarsza problem, kumulując zabrudzenia. Przedstawione podejście opisuje sensowną, szybką i łatwą do zastosowania metodę określania informacji o zachowaniu się zabrudzeń na powierzchniach szklanych, które są narażone na obciążenie zabrudzeniami o różnym charakterze (różnymi rodzajami pyłów). 

Elisabeth Klimm, Karl-Anders Weiß, Christiane Siess

Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. w Tampere w Finlandii

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 10/2022