汚れを自分自身で落とすコーティング

研究チームが、太陽電池効率を4.75パーセント向上させる透明な超親水性自己清浄コーティングを開発しました。このコーティングは、太陽エネルギー産業で最も継続的で費用のかかる問題の1つであるパネルの汚れに対応しています。コーティングにより水滴が表面で球状に集まり、蓮の葉の自己清浄特性を模倣するプロセスで、ホコリ、花粉、その他の破片を表面から転がり落とします。

この技術は太陽産業に数十億ドルのメンテナンス費用削減をもたらし、世界中のすべての設置施設でエネルギー収量を同時に増加させることができます。汚れによる損失（パネル汚れによる効率低下の技術用語）は、場所、気候、清掃頻度に応じて、通常、太陽出力を5～25パーセント低下させます。

コーティングの仕組み

コーティングはナノ構造化シリカ配合に基づいており、微視的レベルで階層的な表面テクスチャを作成します。このテクスチャは水滴の下に空気をトラップし、滴と表面間の接触面積を劇的に減らします。その結果、接触角が150度以上となり、水がほぼ球状に表面に座った後、わずかな傾きで転がり落ちることを意味します。

滴がパネル全体を転がるにつれて、付着力と毛細管力の組み合わせを通じて粒子物質を拾い上げます。この受動的清掃メカニズムは自然の雨、朝露、または湿度凝縮で機能し、ほとんどの気候のパネルが人間の介入や機械システムなしに定期的に清掃されることを意味します。

重要なことに、コーティングは太陽スペクトル全体で高い光学的透明性を維持しています。以前の超親水性コーティングの試みは、光透過率を失うことで拒水特性を犠牲にしていることが多く、エネルギー出力が減少したり、さらに減少することさえありました。研究者たちは、光散乱を最小化しながら超親水性効果を維持するためにナノ構造寸法を最適化することでこれを解決しました。

試験と性能データ

4.75パーセントの効率向上は、同一条件下で被覆パネルと未被覆パネルを比較する6ヶ月間のフィールド試験で測定されました。被覆パネルは一貫してより高い出力を維持し、パフォーマンスギャップは未被覆パネルが著しい汚れを蓄積した乾燥、塵っぽい期間中に拡大しました。

耐久性試験では、コーティングはUV放射線への曝露、マイナス20～85度セルシウス間の温度サイクリング、およびシミュレートされたひょう衝撃の後、超親水性特性を保持しました。研究者によると、コーティングは加速耐久テストで少なくとも18ヶ月間パフォーマンス特性を保持し、これは約5年間の現場露出に相当します。

コーティングは、分解や特殊な機器を必要としないスプレーオンプロセスを通じて既存の太陽パネルに適用できます。このレトロフィット能力は、技術が新しい設置だけでなく世界中の膨大な既存パネルベースに利益をもたらすことができることを意味します。

太陽運用への経済的影響

パネル清掃は太陽農場操業の驚くほど高額な部分です。中東、北アフリカ、アメリカ南西部などの乾燥地域の大規模設置では、数週間ごとに清掃が必要になる場合があり、ロボットシステム、手作業、または水集約的な洗浄を使用します。国際エネルギー機関は、汚れが世界の太陽産業に年間30～50億ドルの出力と清掃費用の損失をもたらすと推定しています。

アクティブな清掃の必要性を排除しながらエネルギー出力を向上させるコーティングは、太陽運用の経済学を根本的に変える可能性があります。汚れが軽微な温帯気候でも、パネルの25～30年のライフスパイン全体にわたる累積効率ゲインは、相当な追加収入を表します。

研究者たちは、コーティングがパネルコストの2パーセント未満を追加しながら、初年度以内にそれら自身を支払う効率ゲインを提供していると推定しています。数万のパネルを備えたユーティリティスケール設置の場合、清掃費用だけでの節約は実質的なものになります。

次のステップ

研究チームは製造パートナーと協力して生産を拡大し、太陽パネル工場向けの自動適用システムを開発しています。彼らは12～18ヶ月以内に商業的な利用可能性を期待しており、初期展開は高汚れ環境のユーティリティスケール設置を対象としています。世界の設置済み太陽容量が急速な拡張を続けるにつれて、既存パネルのパフォーマンスを改善し、運用コストを削減する技術がますます貴重になります。

この記事はPV Magazineの報告に基づいています。元の記事を読む。