Impactul prafului asupra sistemelor fotovoltaice din mediile de coastă aride

O echipă de cercetare condusă de Universitatea Imam Abdulrahman Bin Faisal din Arabia Saudită a efectuat un studiu experimental asupra modului în care diferitele compoziții de praf afectează performanța fotovoltaică. Studiul a examinat patru tipuri de praf-montmorillonit, caolinit, bentonit și praf natural-pe panouri solare care funcționează în medii de coastă aride.

„Descoperirile acestui studiu au implicații practice pentru optimizarea întreținerii PV în regiunile aride de coastă”, a explicat grupul. „Prin legarea compoziției prafului de mecanismele de degradare, părțile interesate pot prioritiza programele de curățare sau pot selecta acoperiri adaptate mineralelor dominante. De exemplu, acoperirile hidrofobe pot atenua umiditatea-aderența determinată de umiditate-mediile bogate în calciu-în timp ce regiunile-bogate în fier ar putea beneficia de materialele-rezistente termice.”

Experimentele au fost efectuate în Jubail, un oraș de pe coasta Golfului Persic al Arabiei Saudite, clasificat ca BWh (deșert fierbinte) în sistemul climatic Köppen. Un panou fotovoltaic policristalin de 20 W a fost folosit pentru testarea performanței în aer liber în perioada 9-29 septembrie 2025. La putere maximă, panoul a furnizat un curent de 1,14 A și o tensiune de 17,6 V, cu o tensiune în circuit deschis de 21,1 V și un curent de scurtcircuit de 1,29 A.

Argilele de montmorillonit, caolinit și bentonit au fost obținute ca pulberi minerale comerciale și cernute la mai puțin de 45 μm. Probele de praf natural au fost colectate manual de pe suprafețele de sticlă expuse la condițiile ambientale din Jubail. Depunerea prafului a fost efectuată în șapte etape, începând cu o densitate a suprafeței de aproximativ 1,0 g/m² și crescând treptat până la aproximativ 7,0 g/m². Măsurătorile au fost efectuate după fiecare etapă de depunere.

„Analiza mineralogică prin SEM-EDX a relevat profiluri compoziționale distincte care se corelează direct cu modelele de degradare a performanței”, au spus cercetătorii. „Praful natural, caracterizat printr-un conținut ridicat de silice (25,37%) și oxid de calciu (30,52%), a apărut ca cel mai dăunător contaminant, inducând o pierdere de putere de 48% la o densitate de depunere de 6 g/m2 prin împrăștierea combinată a luminii și cimentarea higroscopică”.

S-a constatat că praful bogat-calciu este deosebit de problematic în condițiile de coastă, unde umiditatea ridicată (40–65% umiditate relativă) transformă particulele libere în straturi aderente rezistente la mecanismele naturale de curățare. În schimb, conținutul ridicat de fier al montmorillonitului (62,67%) a contribuit la degradarea termică, ridicând temperatura suprafeței panoului la 40,4 C și reducând tensiunea în circuit deschis.

„Umiditatea a apărut ca un factor critic de amplificare mai degrabă decât un factor de stres independent, reducând eficiența cu 15-30% atunci când umiditatea relativă a depășit 60%. Acest prag marchează o tranziție de la murdăria reversibilă la aderența cimentată, unde forțele capilare leagă particulele de praf de suprafața fotovoltaică cu o putere suficientă pentru a rezista înlăturării vântului”, a explicat în continuare academicul. „Analiza diurnă a arătat că generarea optimă de energie are loc în timpul orelor de dimineață cu-umiditate scăzută (8:00–11:30, eficiență 12–13%), în timp ce perioadele de după-amiază înregistrează pierderi de eficiență de 20–25%.

Echipa a descoperit, de asemenea, că poluarea cu particule a influențat în mod semnificativ degradarea performanței, indicele de calitate a aerului (AQI) arătând o corelație negativă mai puternică cu eficiența decât doar umiditatea. „La niveluri AQI care depășesc 160, efectele combinate ale împrăștierii luminii de către aerosolii din aer și murdărirea suprafeței au redus eficiența conversiei sub 10%, chiar și în condiții de densități moderate de depunere a prafului (3-4 g/m2)”, au concluzionat ei.

Descoperirile lor sunt disponibile în „Studiul experimental și de modelare al impactului compoziției prafului asupra performanței fotovoltaice în medii de coastă aride”, publicat în Jurnalul de Cercetare și Tehnologie a Materialelor. La studiu au participat oameni de știință de la Universitatea Imam Abdulrahman Bin Faisal din Arabia Saudită, de la Autoritatea Egipteană pentru Energie Atomică și de la Universitatea Ain Shams din Egipt.