Rozwiązanie brudnego problemu paneli słonecznych
Panele słoneczne łatwo ulegają zabrudzeniu. Na ich powierzchni zbiera się kurz, piasek i drobinki innej materii, co utrudnia promieniom słonecznym dotarcie do ogniw fotowoltaicznych i istotnie zmniejsza wydajność wytwarzania energii. Jak można poradzić sobie z tym problemem, skoro wiadomo, że czyszczenie paneli słonecznych jest nie tylko bardzo kosztowne, ale i pracochłonne? Badacze skupieni wokół finansowanego ze środków UE projektu NewSkin znaleźli skuteczny sposób dzięki opracowaniu powierzchni hydrofobowych, a więc odpychających cząsteczki wody, które zmieniają właściwości na superhydrofilowe po ekspozycji na promieniowanie UV. W odróżnieniu od powierzchni hydrofobowej, w kontakcie z którą cząsteczki wody są odpychane i przyjmują kształt kropli, powierzchnie superhydrofilowe wykazują wysokie powinowactwo do wody, która rozpływa się po nich, zwiększając maksymalnie kontakt z materiałem. Takie rozwiązanie może sprawić, że usuwanie zabrudzeń z paneli i szklanych elewacji stanie się mniej czasochłonne i kosztowne dzięki ograniczeniu kosztów konserwacji, a jednocześnie może pomóc zwiększyć produkcję energii słonecznej. „W naszym projekcie koncentrujemy się na indukowanych światłem właściwościach hydrofilowych powierzchni”, wyjaśnia doktorant Valentin Heiser z Instytutu Fraunhofera ds. Elektroniki Organicznej, Technologii Wiązki Elektronów i Plazmy (Fraunhofer FEP), partnera projektu NewSkin, w komunikacie prasowym zamieszczonym na stronie Instytutu. „Aby uzyskać jeszcze lepszy efekt, zdecydowaliśmy się zastosować po raz pierwszy technikę wytwarzania „roll-to-roll” do nakładania warstw krystalicznego tlenku tytanu na ultracienkie szkło. To bardzo wydajna metoda. Ultracienkie i lekkie szkło można następnie nakładać na elewacje lub bezpośrednio wbudowywać do modułu słonecznego jako materiał kompozytowy, w tym również na powierzchnie zakrzywione”.
Zmiana właściwości w ciągu 30 minut.
Bez napromieniowania światłem UV dwutlenek tytanu (TiO2) ma właściwości hydrofobowe - na jego powierzchni tworzą się krople. Jednak badacze z Fraunhofer FEP ustalili, że wskutek naświetlania powierzchni pokrytej TiO2 promieniami UV przez około 30 minut zmienia ona swoje właściwości z hydrofobowych na superhydrofilowe. To oznacza, że na powierzchniach z powłoką TiO2 nie osadzają się żadne zabrudzenia lub jest ich bardzo mało. W komunikacie badacze wyjaśniają ponadto: „Na przykład, jeśli na szklanej elewacji lub panelu słonecznym osadzi się pył, piasek lub innego rodzaju brud, zostanie on spłukany dzięki właściwościom hydrofobowym powierzchni przez krople wody powstające wskutek nocnego wypromieniowania ciepła. Z kolei dzięki cyklicznym przemianom właściwości hydrofobowych i superhydrofilowych brud nie przywiera do powierzchni w ciągu dnia”. Badacze opracowali właśnie pierwsze tego rodzaju powłoki w pilotażowym zakładzie Fraunhofer FEP. Na cienką (100 mikrometrów) taflę szkła o szerokości 30 cm i długości 20 m nałożyli warstwę 30-150 nm tlenku tytanu metodą roll-to-roll. Wciąż jednak przed zespołem projektu stoi wiele wyzwań. Jako nowe podłoże szkło jest niezwykle kruche i bardzo czułe na naprężenia termiczne i mechaniczne. Ponadto dwutlenek tytanu posiada właściwości hydrofobowe i hydrofilowe tylko w postaci krystalicznej, co oznacza, że produkcja musi odbywać się w wysokich temperaturach. Jak podano w tym samym komunikacie prasowym: „Wytwarzanie powłok spełniających powyższe wymogi napylanych w technologii „roll-to-roll” było dotychczas niemożliwe, ponieważ popularne podłoża, takie jak folie, nie mogą być poddawane oddziaływaniu wysokich temperatur. Cienkie szkło stanowi więc doskonałą alternatywę”. Badanie przeprowadzone w ramach projektu NewSkin (Innovation Eco-system to Accelerate the Industrial Uptake of Advanced Surface Nano-Technologies.) pozwoliło naukowcom z Fraunhofer FEP połączyć właściwości TiO2 i cienkiego szkła w sposób optymalny i opłacalny, dzięki czemu ich produkt będzie miał szansę trafić na rynek. Badacze z Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji, będącego partnerem projektu, pracują nad przeniesieniem rozwiązań zaproponowanych przez swoich kolegów na folie polimerowe. Więcej informacji: strona projektu NewSkin
Słowa kluczowe
NewSkin, panel słoneczny, szkło, dwutlenek tytanu, tlenek tytanu, hydrofobowy, superhydrofilowy
