Varför dina solpaneler hatar disktvål: En teknisk djupdykning i rengöringskemi

Rengöring av PV-systemets solpaneler verkar i allmänhet väldigt enkelt för många solpanelsägare på grund av det uppenbara resonemanget bakom det. Smutsiga paneler producerar i allmänhet mer kraft än rena paneler helt enkelt för att de har mindre smuts och därför producerar mindre kraft än deras ursprungliga skick innan de blev smutsiga, och därför bör rengöring av dem med ett vanligt hushållsrengöringsmedel som diskmedel återställa panelerna till sina ursprungliga prestandanivåer. Forskning vid Åbo universitet, Finland, har dock kommit till en oväntad slutsats om den produkt de flesta instinktivt vänder sig till efter att ha rengjort sina solpaneler; diskmedel kan faktiskt göra precis motsatsen till vad du vill åstadkomma, och kan genom att göra det ytterligare försämra resultatet.

Detta fynd är viktigt utöver att bara vara en fotnot; det kommer att fungera som en viktig lärdom för dem som kommer att underhålla sina solcellssystem i framtiden. Specifikt illustrerar detta fynd hur växelverkan mellan ljusets fysik och ytkemi måste förstås för att korrekt underhålla något PV-systemmaterial.

Beläggningen på solpaneler har en mycket viktig roll då den förhindrar att solljus reflekteras från panelens ytor; utan beläggningen skulle ungefär fyra procent av det infallande ljuset reflekteras från panelytan; därför, utan beläggningen, skulle det bli en avsevärd förlust av fotoner från att kunna omvandlas till elektrisk ström av solcellerna. Beläggningen är mycket tunn (mätt ofta i nanometer) och dess optiska skicklighet kommer bara att förbli intakt om panelens ytor hålls på en mycket exakt standard.

När du lägger tvål till denna ekvation, lägger du inte bara tvål till vattnet och tvålen. Du skapar en komplex lösning av ytaktiva ämnen, avfettningsmedel, doftämnen, konserveringsmedel och ofta natriumklorid (salt) som förtjockningsmedel. Även om dessa material fungerar bra för att lösa upp fetter på tallrikar, kan det ske en mycket mer komplex interaktion när de används på en konstgjord anti-reflexyta.

Forskarna Julianna Varjopuro och Kati Miettunen vid Åbo universitet har genomfört en serie tester på solcellsglasprover i en finsk studie. Forskarna jämförde diskmedel med en mängd andra rengöringsprodukter, inklusive etanol, aceton, isopropanol, ett speciellt rengöringsmedel som gjorts speciellt för rengöring av solpaneler och en vanlig fönsterputsare. Två olika testmetoder användes; den första handlade om att rengöra proverna genom att blötlägga dem i de olika rengöringsmedlen under en längre tidsperiod; den andra innebar tillväxt av alger på glasytan för att replikera verkliga rengöringsförhållanden. Ljus från ett stort antal våglängdsområden mättes med en spektrofotometer för att se hur mycket ljus som transmitterades efter varje rengöringsmetod. Resultaten var tydliga-.

På rent glas har de flesta produkter antingen bibehållit eller något förbättrat ljusgenomsläppligheten. Disktvål minskade dock överföringen med cirka 1 %. På glas som hade blivit smutsigt med alger och sedan rengjorts, ökade skillnaden: diskmedel lämnade en ihållande överföringsförlust på nästan 4 % jämfört med ordentligt rengjorda ytor. Detta leder direkt till elproduktionen-en 3–4 % minskning av energiutbytet, helt enkelt genom att använda fel tvättmedel.

Avgörande var att mikroskopisk analys visade att den anti-reflekterande beläggningen i sig inte var fysiskt nedbruten eller etsad. Problemet var inte permanent skada utan ihållande rester. Disktvål lämnade efter sig en film som, även om den var osynlig för blotta ögat, var tillräcklig för att förändra glasets optiska egenskaper. Inte ens noggrann sköljning kunde helt återställa de ursprungliga transmissionsnivåerna.

Varför beter sig diskmedel annorlunda än andra rengöringsmedel? Svaret ligger i dess kemiska formulering. Disktvål är utformade för att fästa vid ytor-det är därför de effektivt lyfter fett från tallrikar men kräver också noggrann sköljning. De innehåller ofta ytaktiva ämnen som lämnar en hydrofil eller hydrofob film beroende på formeln.

När de appliceras på anti-reflekterande glas fyller dessa rester de mikroskopiska porerna i beläggningen eller skapar en enhetlig film som ändrar brytningsindex på ytan. Den anti-reflekterande beläggningen skapar en gradvis övergång i brytningsindex mellan luft och glas. Allt främmande material som avsätts på den stör denna gradient, vilket effektivt återställer reflektionsförlusterna som beläggningen utformades för att eliminera.

Till skillnad från isopropylalkohol och professionella glasrengöringsmedel är etanol och aceton också mycket effektiva, men du måste använda dem med försiktighet baserat på deras potential att orsaka kemiska reaktioner med inramnings- eller tätningsmaterial. Den här studien har visat att alla dessa flyktiga rengöringsmedel och specialtillverkade-produkter avsedda för PV-rengöring inte skadade den optiska prestandan.

Som ett resultat av dessa fynd, här är några rekommendationer för både privata och kommersiella PV-systemägare:

Undvik att använda diskmedel helt och hållet.Även om solpaneler kan se rena ut efter-användning med diskmedel, lämnar tvålen efter sig en osynlig rest, som kommer att fortsätta att hämma prestandan tills den tas bort naturligt genom väderpåverkan (regn, UV och vind). I vissa delar av världen med minimalt med nederbörd, såsom den sydvästra delen av USA, kan tvättmedelsrester ligga kvar på moduler så länge som 6 månader.

Använd endast rekommenderade rengöringsprodukter.Rengöringsprodukter som innehåller isopropylalkohol (vanligtvis 70 % koncentration eller högre) eller kommersiellt marknadsförda produkter specifikt för rengöring av glas men som inte innehåller några konditionerings- eller vaxmaterial är säkra att använda. Speciella-lösningar för rengöring av solpaneler kan vara dyrare; dock har kemin i sådana produkter utvecklats specifikt för användning på anti-reflekterande beläggningar.

Använd vatten av högsta kvalitet när du använder vatten enbart.Helst bör du använda avjoniserat eller destillerat vatten. Om du använder kranvatten för rengöring kommer du att lämna mineralrester kvar på solcellsmodulen och dessa rester kan bygga upp övertid och begränsa mängden ljus som sänds genom det området.

Överväg mekaniska metoder noggrant.Mjuka borstar eller skrapor är acceptabla; slipande verktyg kan repa glaset eller beläggningen och orsaka permanent skada som inte är relaterad till rengöringskemi.

Den finska utredningen stöder samtidiga undersökningar som genomförs av Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics i Tyskland, som båda har visat att många av de vanligaste rengöringslösningarna kommer att orsaka långvariga-skador på de anti-reflekterande beläggningarna på solpaneler. Tillsammans visar de ett växande erkännande inom branschen att underhållsåtgärder inte sker i ett vakuum; som sådana kommer de att påverka livslängden på en solpanels prestanda från och med installationen av ett system.

En effektivitetsförlust på 3–4 % från felaktig rengöring kanske inte låter katastrofalt för en tillfällig betraktare. För en kommersiell installation som genererar tusentals kilowatt-timmar per år, innebär det dock en betydande ekonomisk förlust över tiden. För bostadssystem kan det betyda skillnaden mellan att uppfylla energiförväntningarna och att undra varför produktionen verkar lägre än närliggande installationer.

Frestelsen att använda det som redan finns under diskbänken är förståelig. Men som den här forskningen visar har bekvämlighet en kostnad. Att välja rätt rengöringsmedel kräver ingen specialiserad utbildning-bara medvetenhet. Och inom solenergi, där marginaler och-långsiktig prestanda spelar roll, har så små val mätbara konsekvenser.