11.12.2019
Исследователи из Университета имени Бен-Гуриона в Негеве изучили умение листьев лотоса самоочищаться. И благодаря этому пролили свет на микроскопические механизмы, которые можно также успешно использовать, чтобы очищать от пыли солнечные панели. Это необходимо для поддержания их эффективности и производительности. Новая технология позволяет убирать до 98% частиц пыли.
В новом исследовании, опубликованном в ACS Langmuir, исследователи подтвердили, что изменение поверхностных свойств солнечных панелей может значительно уменьшить количество пыли, которая задерживается на поверхности. А также значительно увеличить потенциал использования солнечной энергии в регионах, где много пыли. Например, в пустынях.
Адгезия пыли к солнечным панелям является серьезной проблемой для сбора энергии, в котором применяются фотоэлектрические элементы и солнечные коллекторы. Новые решения остро необходимы для обеспечения максимальной эффективности сбора в районах с высокой плотностью пыли, таких, как пустыня Негев в Израиле.
Табея Хекенталер, студентка магистратуры из Дюссельдорфа, Германия, Института водных ресурсов Цукерберга, говорит: «В природе мы наблюдаем, как лист лотоса остается без пыли и влаги, благодаря своей нанотекстурированной поверхности и ультра тонкому восковому гидрофобному покрытию, которое отталкивает воду. В пустыне пыль накапливается на поверхности солнечных элементов, и их постоянная очистка требует больших усилий и затрат. Именно поэтому мы пытаемся имитировать такую же поверхность, как у листьев лотоса, на солнечных элементах».
Ученые исследовали эффект модификации кремниевой подложки (Si), полупроводника, используемого в фотоэлектрических элементах, чтобы имитировать самоочищающиеся свойства листьев лотоса, когда вода просто скатывается с листьев и удаляет загрязнения.
Известно, что супер гидрофобность уменьшает трение между каплями воды и поверхностью, что позволяет каплям воды скользить с поверхностей. Однако силы, которые прикрепляют частицы к поверхностям во время механизма самоочищения, и влияние нанотекстур на эти силы, пока до конца не изучены.
Чтобы пролить свет на эти силы и влияние нанотекстуры на них, исследователи подготовили четыре образца на основе кремния, относящихся к солнечным панелям:
1. Гладкие гидрофильные.
2. Нанотекстурированные гидрофильные поверхности.
3. Гладкие гидрофобные.
4. Нанотекстурированные гидрофобные поверхности ,
Это удалось сделать путем влажного химического травления поверхности для создания нанопроволок на поверхности и дополнительного нанесения гидрофобного покрытия.
Удаление частиц увеличилось с 41% на гидрофильных гладких кремниевых пластинах до 98% на супергидрофобных нанотекстурированных поверхностях на основе кремния. Исследователи подтвердили эти результаты, измерив адгезию частиц микронного размера к плоской и нанотекстурированной подложке с помощью атомно-силового микроскопа. И они обнаружили, что адгезия в воде уменьшается в 30 раз.
«Мы определили, что причиной увеличения удаления частиц является не низкое трение между каплями и супергидрофобными поверхностями. Скорее, это увеличение сил, которые могут отделить частицы от поверхностей. Используемые нами экспериментальные методы и полученный критерий удаления частиц могут быть успешно реализованы для создания самоочищающихся поверхностей панелей, демонстрирующих различные химические составы и / или текстуры» - говорит Хекенталер.