想要清理积聚在光伏面板上的灰尘，一直是件相当麻烦的事情，尤其是需要用到大量的水资源。不过在近日发表于《科学进展》期刊上的一篇文章中，麻省理工学院（MIT）的一支研究团队，刚刚介绍了一种独特的无水清洁方法。对于缺水地区来说，该方法将有助于其更好地清楚太阳能电池板上的灰尘，从而提升能量转换的整体效率。
预计到 2030 年的时候，全球光伏发电占比或可达到 10%，且其中大部分可能位于阳光充裕的沙漠地区。
然而光伏面板上特别容易积聚灰尘，可在短短一个月内让输出效率减少多达 30%，因而定期清洁对太阳能部署至关重要。
据估计，当前每年需要消耗约 100 亿加仑的水来清洁太阳能电池板 —— 如此高的消耗，可满足多达 200 人的饮用水需求。
但在尝试无水清洁方案的时候，往往需要动用相当密集的劳动力、并且会导致表面出现不可逆的划痕损伤（同样会导致效率降低）。
How to clean solar panels without water - MIT（via）
现在，MIT 研究团队设计了一种适用于光伏面板、或热电太阳能镜面的无水 / 非接触式自动清洁方法，可显著减少灰尘引发的问题。
具体说来是，新系统使用静电排斥让灰尘颗粒分离、并从目标表面飞走，而无需动用水或刷子。
研究配图 - 1：灰尘堆积对太阳能输出效率的影响
在激活该系统的时候，只需通过一个位于面板正上方的简单电极、将电荷传递给灰尘颗粒，然后让它们被施加到面板本身的电荷给排斥。
如需结合自动化清洁方案，亦可加装基于电动机和侧面导轨的简单方法。感兴趣的朋友，可查阅 2022 年 3 月 11 日出版的 Science Advances 期刊。
研究配图 - 2：利用静电电荷感应方法来除尘
MIT 工学院研究生 Sreedath Panat 和机械工程教授 Kripa Varanasi 指出：实验室测试结果表明，面板能量输出会在灰尘积聚的一开始就出现急剧下滑，然后在持续一个月的情况下锐减 30% 。
以 150 兆瓦的光伏发电设施为例，即使功率降低 1%，也会导致约 20 万美元的年损失。若推广至全球范围、以及 3~4% 的功率损失，经济效益将暴降 33~55 亿美元。
研究配图 - 3：电荷预估实验
通过悬浮在面板正上方的电极来产生一个电场，可在尘埃颗粒移动时将电荷传递过去。
然后将相反电荷施加到沉积于光伏面板玻璃覆盖层上厚度仅几纳米的透明导电层，便可实现排斥的效果。
研究配图 - 4：作用于灰尘的力与除尘电压
通过计算施加的正确电压，研究人员将能够找到足以克服灰尘重力和附着力的电压范围。Panat 表示，他们已经对各种颗粒大小的灰尘样本展开过实验，证明了这套方案的实际效用。
此外测试表明，空气中的湿度会在颗粒上形成一层薄薄的水层，这对于除尘效果也至关重要。
研究配图 - 5：不同湿度环境下的除尘
MIT 研究团队在 5~95% 的不同湿度条件下进行了实验，并且发现 —— 只要环境湿度大于 30%，就可除去几乎所有灰尘颗粒。但随着湿度降低，难度就会有所提升。
好消息是，在大多数情况下，沙漠的环境湿度都是有 30% 的水平的。即使是那些通常更干燥的地方，其在清晨也往往具有更高的凝结湿度，因而同样适合设置定时清洁。
研究配图 - 6：实验室静电清洁系统示例
更棒的是，MIT 研究团队打造的这套系统，能够长期在中高湿度环境下工作。即使湿度高达 95%，也能够近乎无限期地使用下去。
最后，Varanasi 表示：通过消除对运水卡车、以及可能含有腐蚀性的化合物的清洁用水的依赖，这套方案有望显著降低发电设施的维护成本、同时提升装置的整体效率和可靠性。
