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Halten Sie Wüsten-Solarstromanlagen staubfrei

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Das selbstreinigende NOMADD-System [Bildquelle: NOMADD Desert Solar]

Stellen Sie sich eine Umgebung vor, die jeden Tag von 50 ° C versengt wird und nachts auf 40 ° C fällt, mit starken Windgeschwindigkeiten und dickem Staub, der das Atmen erschwert. Solche Bedingungen sind natürlich in Wüsten auf der ganzen Welt normal. Wüsten sind jedoch aufgrund ihrer hohen Sonneneinstrahlung ein perfekter Ort für die Erzeugung von Sonnenenergie, dh mit Ausnahme eines Hauptproblems - Staub.

Laut NOMADD Desert Solar aus den Vereinigten Arabischen Emiraten (VAE) ist die Ansammlung von Sand und Staub eine der größten technischen Herausforderungen für Solarstromanlagen, die in der Wüste gebaut werden. Es entsteht ein täglicher Basisertragsverlust von 0-4 bis 0,8 Prozent, und während und nach Sandstürmen wird häufig über Energieertragsverluste von 60 Prozent berichtet. Wenn sie länger als einen Tag in situ belassen werden, haften Staubpartikel an den Platten.

Bisher stützten sich Staubreinigungsvorgänge auf eine Vielzahl von Ansätzen, die alle unbefriedigend waren. Dazu gehörte menschliche Arbeit, die teuer und unzuverlässig ist; Reinigen mit Wasser, das in Bereichen mit hohem Wasserstress verschwenderisch ist; komplexe und empfindliche Geräte, die unter rauen Bedingungen zum Ausfall neigen; und Reinigungszyklen von 7 bis 14 Tagen, was die Leistungsverluste aufgrund der Anfälligkeit für anhaftenden Staub und Staubstürme erhöht. Diese Ansätze verursachen tendenziell hohe Betriebskosten und hängen von volatilen menschlichen Arbeitsmärkten ab.

Die rauen Bedingungen stellen das Scheitern manueller Reinigungsvorgänge sicher, aus dem einfachen Grund, dass es in vielen Wüstenumgebungen unmöglich ist, tagsüber oder nachts über einen längeren Zeitraum physisch zu funktionieren. Wasser ist nicht immer verfügbar und die Versorgung kann anfällig für Unterbrechungen oder steigende Kosten sein.

Ein Wüstensolarpanel-Reinigungsvorgang muss daher bestimmte Kriterien erfüllen. Beispielsweise muss es in der Lage sein, das gesamte Array mit einer Geschwindigkeit zu reinigen, normalerweise in weniger als einem Tag, unabhängig davon, wie groß das Array ist. Dies erfordert eine Automatisierung, bei der alle mit manuellen Arbeitskräften verbundenen Probleme beseitigt werden. Die Lösung muss Staub entfernen können, ohne Wasser zu verwenden, ohne die Oberfläche der Paneele zu zerkratzen. Es muss auch lokal bezogen, einfach und belastbar sein.

In den Jahren 2013 und 2014 arbeitete ein Forscherteam der Boston University (BU) eine Zeit lang an einem selbstreinigenden Gerät, einem transparenten elektrodynamischen System (EDS), das möglicherweise in ein in die Module eingebettetes Solarpanel-Array integriert werden kann selbst oder über eine Siebdruckfolie auf Plattenoberflächen aufgetragen. Das Gerät arbeitet mit einer kleinen elektrischen Ladung, die von den Paneelen selbst erzeugt wird, um Staubpartikel von den Paneeloberflächen zu entfernen. Bisherige Tests haben gezeigt, dass das Gerät 90 Prozent der auf Solarmoduloberflächen abgelagerten Sand- und Staubpartikel entfernen kann.

Der leitende Forscher Professor Malay Mazumder entwickelte die Idee am Beispiel der menschlichen Lunge, die selbstreinigende Haare hat, die Staub aus den Atemwegen entfernen. Mazumber glaubte, er könne diese Idee auf andere Systeme anwenden.

Die Idee erregte 2003 die Aufmerksamkeit der NASA. Sie suchten nach einem System, mit dem Ausrüstung für zukünftige Mars-Missionen von kosmischem Staub gereinigt werden kann, und gaben Mazumder ein dreijähriges Stipendium in Höhe von 750.000 USD, um das Projekt weiterzuentwickeln. Weitere Mittel kamen vom Office of Technology Development der BU, das ihm vorübergehend eine Finanzierung in Höhe von 50.000 US-Dollar für den Ignition Award gewährte. Eine Präsentation auf der Konferenz der American Chemical Society in Boston im Jahr 2010 führte zu Artikeln, die in der New York Times und das Täglicher Telegraph. Mazumder wurde dann von Abengoa Solar kontaktiert, einem Unternehmen, das sich auf Solar-PV und konzentrierte Solarenergie (CSP) spezialisiert hat und im Solana-Kraftwerk in Gila Bend in Arizona und im Mojave-Solarprojekt in Barstow, Kalifornien, tätig ist. Soweit derzeit bekannt, befindet sich das Gerät noch in der Entwicklung.

Eine weitere Option wurde von Seamus Curran entwickelt, einem außerordentlichen Professor für Physik an der Universität von Houston und Direktor des Instituts für NanoEnergie, das sich auf das Design, Engineering und die Montage von Nanostrukturen spezialisiert hat. Curran und sein Nanophysik-Team haben außerdem ein selbstreinigendes System entwickelt, das aus einem nanohydrophoben Material besteht, das die Platte beschichtet, die Staubbildung verhindert und vor Wasserflecken und Witterungseinflüssen schützt. Die Beschichtung bildet eine Barriere, die verhindert, dass Wasser an der Oberfläche haftet. Stattdessen rollt sie von der Oberfläche ab und trägt Staub und Schmutz mit sich.

Die Beschichtung wurde am FOCAS Institute, einem Teil des Dublin Institute for Technology in Irland, getestet und funktioniert in Meeresklima sowie in Umgebungen mit hohem Staubgehalt.

Ein weiterer Ansatz ist der der 20 Hektar großen Solaranlage Ketura Sun in der israelischen Wüste Negev, die von der Siemens AG und Arava Power betrieben wird. Hierbei wird eine Flotte von 100 Ecoppia E4-Robotern verwendet, die auf einem Rahmen montiert sind, der sich seitlich entlang der Plattenoberflächen bewegt, während sich die Roboter während des Reinigungsvorgangs auf und ab bewegen. Die Roboter reinigen die Paneele mit rotierenden Bürsten, wobei jede Bürste weiche Mikrofasern aufweist, um Kratzer zu vermeiden. Sie haben auch ihre eigenen Mini-Solarmodule eingebaut, um den Strom, den sie für den Reinigungsprozess benötigen, selbst zu erzeugen, anstatt ihn aus der Solaranlage zu beziehen. Laut Ecoppia können mit diesem Ansatz 99 Prozent der Staubansammlungen entfernt werden, ohne dass kostbare Wasserversorgungen erforderlich sind.

Torresol Energy HECTOR-Roboter im Werk Gemasolar, Sevilla, Spanien [Bildquelle: Torresol Energy Video]

Ein ähnlicher Ansatz wird vom NOMADD-Reinigungssystem und dem Gemasolar-Werk von Torresol Energy in der Nähe von Sevilla, Spanien, verfolgt. Das NOMADD-System wurde von NOMAD Desert Solar an der King Abdullah Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST) in der Nähe von Jeddah, Saudi-Arabien in Saudi-Arabien, entworfen, entwickelt und getestet.

NOMADD (NO-water Mechanical Automated Dusting Device) ist relativ kostengünstig und für den Einsatz im Nahen Osten und in Nordafrika (MENA) konzipiert. Im Gegensatz zum Torresol Energy-Ansatz, bei dem nur wenig Wasser von den HECTOR-Robotern verwendet wird, ist das NOMADD-System vollständig wasserfrei.

Gegenwärtig scheinen diese beiden Ansätze, Roboter und elektrostatische Aufladungen, die beiden vielversprechendsten Wege zur Selbstreinigung von Solarstromanlagen in der Wüste zu sein, aber die Technologie entwickelt sich ständig weiter und mehrere Projekte befinden sich noch in der Entwicklung.

Das bedeutet, dass es in naher Zukunft noch innovativere Lösungen geben könnte.


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