水を使わずにソーラーパネルを掃除する方法

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太陽光発電は2030年までに世界の発電量の10％に達すると予想されており、その多くは太陽光が豊富な砂漠地帯に設置される可能性が高い。しかし、ソーラーパネルやミラーへの埃の蓄積はすでに重大な問題となっており、太陽光発電パネルの出力がわずか1か月で30パーセントも低下する可能性があるため、このような設置では定期的な清掃が不可欠です。

しかし、現在、ソーラーパネルの洗浄には年間約 100 億ガロンの水が使用されていると推定されており、これは最大 200 万人に飲料水を供給するのに十分な量です。水を使わずに洗浄しようとすると、多大な労力がかかり、表面に取り返しのつかない傷が付く傾向があり、効率も低下します。今回、マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームは、水を使わない非接触システムで太陽電池パネルや太陽熱発電所のミラーを自動的に洗浄する方法を考案し、これにより粉塵の問題を大幅に軽減できる可能性があると彼らは言う。

新しいシステムは、静電気の反発力を利用して、水やブラシを必要とせずに、塵の粒子を剥離し、パネルの表面から実質的に飛び散らせます。システムを作動させるには、単純な電極がソーラーパネルの表面のすぐ上を通過し、塵の粒子に電荷を与えます。その後、塵の粒子は、パネル自体に加えられた電荷によって反発されます。このシステムは、単純な電気モーターとパネル側面に沿ったガイドレールを使用して自動的に操作できます。この研究は、MIT大学院生Sreedath Panat氏と機械工学教授Kripa Varanasi氏による論文として、Science Advances誌に本日掲載された。

より効率的なソーラーパネルを開発するために世界中で協力して努力しているにもかかわらず、「塵のようなありふれた問題が、実際には全体に深刻なダメージを与える可能性がある」とバラナシ氏は言う。パナト氏とバラナシ氏が実施した実験室テストでは、パネルからのエネルギー出力の低下は塵が蓄積するプロセスの初期段階で急激に起こり、清掃をしなければわずか1か月で簡単に30パーセントの削減に達する可能性があることが示された。彼らの計算によると、150メガワットの太陽光発電設備の場合、たとえ電力が1%削減されただけでも、年間収入が20万ドル減少する可能性があるという。研究者らは、世界全体で太陽光発電所の発電量が3～4％減少すると、33億～55億ドルの損失に相当すると述べている。

「太陽電池材料に関しては、非常に多くの研究が進行中です」とバラナシ氏は言う。「彼らは限界を押し広げ、効率を向上させるためにあちこちで数パーセントを獲得しようとしていますが、ここにはそれらすべてをすぐに消し去ることができる何かがあります。」

中国、インド、アラブ首長国連邦、米国を含む世界最大規模の太陽光発電施設の多くは砂漠地帯に設置されています。加圧ウォータージェットを使用してこれらのソーラーパネルを洗浄するために使用される水は、遠くからトラックで輸送する必要があり、表面に堆積物が残らないように非常に純粋でなければなりません。乾式スクラブが使用されることもありますが、表面を洗浄する効果が低く、永久的な傷が付く可能性があり、光の透過率も低下します。

水の浄化は太陽光発電設備の運用コストの約 10% を占めます。新しいシステムは、より頻繁な自動洗浄を可能にすることで全体的な出力を向上させながら、これらのコストを削減する可能性があると研究者らは述べています。

「太陽光発電産業の水の使用量は驚くべきものです」とバラナシ氏は言い、これらの設備が世界中で拡大し続けるにつれて、水の使用量はさらに増加するだろう。「したがって、業界はこれを持続可能な解決策にする方法について非常に慎重かつ熟慮する必要があります。」

他のグループは静電ベースのソリューションの開発を試みてきましたが、これらは櫛型電極を使用した電気力学スクリーンと呼ばれる層に依存していました。これらのスクリーンには欠陥があり、湿気が侵入して故障する可能性があるとバラナシ氏は言う。湿気が問題にならない火星のような場所では役立つかもしれないが、地球上の砂漠環境でも深刻な問題になる可能性があると彼は言う。

彼らが開発した新しいシステムでは、単純な金属棒である電極をパネル上に通過させるだけで、走行中に塵粒子に電荷を与える電場が生成されます。ソーラーパネルのガラスカバー上に堆積された厚さわずか数ナノメートルの透明な導電層に逆電荷を加えると、粒子が反発し、印加する適切な電圧を計算することで、研究者らは克服するのに十分な電圧範囲を見つけることができました。重力と付着力の引力により、粉塵が浮き上がります。

パナト氏によると、特別に調製したさまざまな粒子サイズの粉塵の実験室サンプルを使用した実験により、このプロセスが実験室規模の試験設備で効果的に機能することが証明されたという。テストの結果、空気中の湿度によって粒子上に水の薄いコーティングが形成され、これが効果を発揮するために重要であることが判明しました。「5%から95%までさまざまな湿度で実験を行いました」とパナト氏は言う。「周囲の湿度が 30% を超えている限り、表面からほとんどすべての粒子を取り除くことができますが、湿度が下がると除去は難しくなります。」

バラナシ氏は、「良いニュースは、湿度が 30% になると、ほとんどの砂漠が実際にこの状態に陥るということです」と述べています。また、通常はそれより乾燥している部屋でも、早朝には湿度が高くなる傾向があり、結露が発生するため、それに応じて掃除のタイミングを調整することができます。

「さらに、実際には高湿度や中程度の湿度でさえ機能しない電気力学的スクリーンに関するこれまでの研究の一部とは異なり、私たちのシステムは、95パーセントもの高湿度でも無期限に動作することができます」とパナト氏は言う。

実際には、大規模な場合、各ソーラーパネルの両側に手すりを取り付け、パネル全体に電極を配置することができます。おそらくパネル自体からの出力のごく一部を使用する小型の電気モーターがベルトシステムを駆動して電極をパネルの一方の端からもう一方の端まで移動させ、すべての塵を落とします。プロセス全体を自動化するか、リモートで制御することができます。あるいは、導電性透明材料の薄いストリップをパネルの上に恒久的に配置して、可動部品の必要性を排除することもできます。

バラナシ氏は、トラックで運ばれる水への依存を排除し、腐食性化合物を含む可能性のある粉塵の蓄積を排除し、全体的な運用コストを削減することで、太陽光発電設備の全体的な効率と信頼性を大幅に向上させる可能性があると述べている。

この研究はイタリアのエネルギー会社Eniの支援を受けた。 MIT エネルギーイニシアチブによる SpA。

Mashableのレポーター、エメット・スミスは、MITの研究者が水を使わずにソーラーパネルから埃を取り除く新しい技術をどのように開発したかにスポットライトを当てます。新しい方法は「パネルの上を滑る電極が塵の粒子を帯電させ、その後それらを反発する静電反発」を利用する。

マサチューセッツ工科大学のエンジニアが、数十億ガロンの水を節約できる新しい非接触型ソーラーパネル洗浄方法を開発したとポピュラーサイエンス誌のアヌラダ・バラナシが報じている。「ソーラーパネルの洗浄に必要な純水の多さに驚きました」とクリパ・バラナシ教授は言う。「太陽光発電産業の水の使用量は今後も増加する一方です。太陽光発電所をより持続可能なものにする方法を見つける必要があります。」

クリパ・バラナシ教授、大学院生のスリーダス・パナス氏、および研究者チームは、水を使わずにソーラーパネルの埃を取り除く方法を開発していると、ビリー・ハーレー氏とエド・ブラウン氏がTech Briefsで報告している。「水はとても貴重なものなので、人々はこの資源をどう活用するかについて注意を払う必要があります」とバラナシ氏は言う。「太陽光発電業界はこのことを常に念頭に置く必要があります。私たちは、1つの問題を解決して別の問題を生み出すことは望んでいません。」

MITの研究者らは、静電気を利用してソーラーパネルから埃を取り除く新しい水を使わないシステムを開発した、とデイリービーストのミリアム・ファウジア氏が報じた。「この技術を使用すると、太陽電池パネルの出力の最大 95 パーセントを回収できます」と大学院生の Sreedath Panat 氏は説明します。

『ニュー・サイエンティスト』の記者チェン・リーは、マサチューセッツ工科大学の研究者らが静電気を利用してソーラーパネルから埃を除去する新技術を開発したと書いており、これにより年間約450億リットルの水を節約できる可能性があるという。「水は非常に過小評価されている貴重品だと思います」とクリパ・バラナシ教授は言う。「これを機に、より多くの人が水の問題について考えるきっかけになることを願っています。」

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