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研究預(yù)測(cè)，到2030年太陽(yáng)能將占整個(gè)地球發(fā)電量的十分之一，其中大部分將在陽(yáng)光充足的沙漠地區(qū)產(chǎn)生。

聯(lián)合國(guó)《全球沙漠展望報(bào)告》指出，沙漠蘊(yùn)藏著巨大太陽(yáng)能，若被合理有效地用于生產(chǎn)動(dòng)力，那么未來(lái)的世界也許是一個(gè)無(wú)需化石燃料的世界。

世界上許多國(guó)家的大型光伏項(xiàng)目，包括印度、阿聯(lián)酋和美國(guó)等，都位于沙漠地區(qū)。

我國(guó)已規(guī)劃在荒漠區(qū)建設(shè)4.5億千瓦的大型風(fēng)電光伏基地。荒漠區(qū)的能源轉(zhuǎn)型與生態(tài)修復(fù)的耦合，不僅對(duì)于能源系統(tǒng)雙碳目標(biāo)的達(dá)成具有重要意義，也有利于促進(jìn)荒漠區(qū)的生態(tài)改善和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

但是，在干燥和沙漠狀地區(qū)的光伏板經(jīng)常遇到的一個(gè)主要問(wèn)題，那就是沙塵堆積。沙塵會(huì)顯著降低光伏板的效率。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程教授克里帕·瓦拉納西（Kripa Varanasi）表示，在不進(jìn)行清潔的情況下，僅一個(gè)月的時(shí)間，沙塵積聚就會(huì)導(dǎo)致光伏電力輸出減少約三分之一。即使電力輸出減少1%，150兆瓦的太陽(yáng)能發(fā)電站每年也會(huì)損失20萬(wàn)美元的收入。在全球范圍內(nèi)，產(chǎn)量?jī)H減少1%就意味著收入損失超過(guò)10億美元。世界上許多最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠都位于沙漠地區(qū)。因此，必須定期清潔光伏板以保持生產(chǎn)效率。一般來(lái)說(shuō)，水清洗花費(fèi)的成本占據(jù)光伏板運(yùn)行成本的約10%，而且，沙漠地區(qū)的水源很稀少。

1、沙漠中清潔光伏電池板成難題？

沙漠中的太陽(yáng)能電池板很快就會(huì)被一層沙塵覆蓋，從而影響其性能。

麻省理工學(xué)院科學(xué)家表示，光伏板在惡劣環(huán)境中，僅需一個(gè)月左右的時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)每平方厘米 3 毫克的灰塵積聚。而5 mg/cm^2的灰塵積累會(huì)造成近 50% 的功率輸出損失。

因此，光伏板面的沙塵必須經(jīng)常用淡水沖洗掉。在很多情況下，這些水必須從很遠(yuǎn)的地方用卡車運(yùn)來(lái)，耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，這些水必須非常純凈以避免在表面留下沉積物。

沙漠中水源本就稀缺，運(yùn)來(lái)的純凈水源用來(lái)清洗光伏板，而不是灌溉或飲用，實(shí)屬浪費(fèi)。

另一種方法是不用水就把灰塵刷掉的做法——干擦。事實(shí)上這種做法表面清潔效果較差，偶爾這樣做可能是可以的，但隨著時(shí)間的推移，它會(huì)刮傷電池板的表面，而且可能會(huì)導(dǎo)致永久性劃痕，減少透光率。

考慮到這些限制，緩解與灰塵有關(guān)的問(wèn)題，麻省理工學(xué)院（MIT）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了新的不用水且無(wú)接觸的清潔系統(tǒng)。這項(xiàng)研究成果已于近期發(fā)表在了《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

2、自動(dòng)、無(wú)接觸清洗光伏板

麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)的這種自動(dòng)、無(wú)接觸的方法，使太陽(yáng)能電池板能夠在不需要水的情況下進(jìn)行清潔。該團(tuán)隊(duì)表示，他們的新系統(tǒng)可以通過(guò)允許更頻繁的清潔來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)提高總功率輸出。

在不使用水或刷子的情況下，新方法是利用靜電斥力使灰塵顆粒分離。

在科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)中，每塊太陽(yáng)能電池組件的兩側(cè)都可以安裝欄桿，有一個(gè)橫跨組件的電極。一根金屬棒一樣的電極通過(guò)組件表面，使灰塵顆粒帶電。將電荷傳遞給灰塵顆粒后，灰塵顆粒被施加到太陽(yáng)能電池板本身的電荷推開，進(jìn)而灰塵遠(yuǎn)離組件。

這個(gè)系統(tǒng)也可以通過(guò)沿太陽(yáng)能電池板側(cè)面設(shè)置導(dǎo)軌并借助電動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。每塊太陽(yáng)能電池組件的兩側(cè)都可以安裝欄桿，有一個(gè)橫跨組件的電極。一個(gè)小型電動(dòng)機(jī)可以使用一部分組件輸出電力為其供電，將電極從組件的一端移動(dòng)到另一端，清除所有的灰塵顆粒。

實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)使用專門準(zhǔn)備的、具有各種粒徑的實(shí)驗(yàn)室灰塵樣本，這一流程可以在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試裝置上有效運(yùn)作。

對(duì)于除塵技術(shù)的耗電情況，研究人員表示，與靜電灰塵斥力相關(guān)的功耗幾乎可以忽略不計(jì)。這是因?yàn)楸M管對(duì)電極施加了電壓，但電極之間沒(méi)有電流流動(dòng)，因此沒(méi)有電能消耗。唯一的能耗模式是與移動(dòng)電極相關(guān)的模式。

測(cè)試表明，空氣中的濕度為顆粒提供了一層薄薄的水涂層，這對(duì)于系統(tǒng)發(fā)揮除塵作用至關(guān)重要。研究人員在5%-95%的不同濕度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。只要環(huán)境濕度大于30%，幾乎所有的表面顆粒都能被清除。隨著濕度的降低，這個(gè)過(guò)程會(huì)變得更富挑戰(zhàn)。

科學(xué)家們表示，大多數(shù)沙漠實(shí)際上一天中的大部分時(shí)間都能達(dá)到這個(gè)濕度。即使在空氣通常比較干燥的情況下，在清晨面板上形成露水之后，它也可能滿足最低濕度的要求。

總之，創(chuàng)新系統(tǒng)應(yīng)該使清潔太陽(yáng)能光伏板的成本更低，勞動(dòng)強(qiáng)度更低，水資源浪費(fèi)更少。

原標(biāo)題：無(wú)水、無(wú)接觸的光伏板清洗技術(shù)來(lái)了！