นักวิจัยค้นพบวิธีการกำจัดฝุ่นตกค้างบนแผงโซลาร์เซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

          อย่างที่เราทราบกันดีว่าโซลาร์เซลล์คืออุปกรณ์ที่สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) เป็นพลังงานไฟฟ้า (Electrical Energy) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานสะอาด มีประสิทธิภาพสูง และในปัจจุบันมีราคาถูกลง ประกอบกับบางพื้นที่มีสภาพแวดล้อมเหมาะสมต่อการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ ดังเช่น ประเทศไทย จึงทำให้โซลาร์เซลล์เป็นที่นิยมในปัจจุบันอย่างมากทั้งทางด้านพาณิชย์ รวมถึงการใช้งานด้านครัวเรือน


          โดยปกติแล้วประสิทธิภาพการกำเนิดไฟฟ้าของโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับปัจจัยทั้งภายในและภายนอกของเซลล์ ยกตัวอย่างเช่น คุณสมบัติทางโครงสร้าง อายุการใช้งาน ความเข้มแสง การบดบังแสง อุณหภูมิทำงาน มลพิษ และความสะอาด เป็นต้น การติดตั้งบริเวณเขตชุมชนที่มีการคมนาคมคับคั่ง อาจพบปัญหาของมลพิษซึ่งจะเกิดคราบฝุ่นเกาะติดบนแผงโซลาร์เซลล์ได้ง่าย ในบางพื้นที่เช่นทะเลทรายจะเกิดปัญหาด้านความสะอาดมากที่สุด เนื่องจากผลของพายุทะเลทราย ทำให้แผงเซลล์มีกลุ่มของทรายเกาะติดเป็นจำนวนมาก คราบฝุ่นและคราบทรายเสมือนเป็นตัวบดบังแสง ทำให้ความเข้มแสงอาทิตย์ที่เข้ามาในโซลาร์เซลล์มีไม่มากเท่าที่ควร ผลทางไฟฟ้า (ค่าแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้) จะตกลง และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจะต่ำ มีการรายงานว่าการด้อยลงของประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับมวลจำเพาะ (Specific Mass) ปริมาณ และขนาดของฝุ่นที่อยู่บนแผงเซลล์ ถ้าแผงเซลล์ไม่สะอาดอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงไม่ต่ำกว่า 6.5% ^[3] ในกรณีของพื้นที่แถบทะเลทราย การเกาะกลุ่มของทรายบนแผงโซลาร์เซลล์ส่งผลมากกว่าฝุ่นทั่วไปเนื่องจากทรายมีขนาดใหญ่กว่า และมีปริมาณการเกาะตัวที่มากกว่า ซึ่งอาจส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงถึง 40% ^[3] ด้วยสาเหตุนี้ การทำความสะอาดแผงเซลล์สม่ำเสมอจึงเป็นสิ่งสำคัญ เพื่อให้ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของโซลาร์เซลล์ยังดีอยู่เสมอ

            การทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิมจะใช้แรงงานคนเป็นหลัก ซึ่งมีความยุ่งยาก และอาจก่อให้เกิดอันตรายถ้าบริเวณติดตั้งแผงเซลล์อยู่บนพื้นที่สูง จึงมีการคิดค้นพัฒนาหุ่นยนต์ช่วยในการทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์โดยอาจจะเป็นระบบบังคับด้วยตนเองหรืออัตโนมัติก็ได้ อย่างไรก็ตามทั้งสองวิธีดังที่กล่าวมาจะสิ้นเปลืองทรัพยากรและต้นทุนอย่างมาก ถ้าพื้นที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์เป็นลักษณะฟาร์ม (บริเวณที่มีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์จำนวนมาก เพื่ออุตสาหกรรมการจำหน่ายไฟฟ้า) ดังนั้น การทำให้แผงโซลาร์เซลล์สามารถทำความสะอาดได้ด้วยตนเองอย่างมีประสิทธิภาพ อาจเป็นวิธีแก้ไขที่ส่งผลดีที่สุด


          นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบน-กูเรียนเนเกฟ (Ben-Gurion University of the Negev) ประเทศอิสราเอล ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคนิคการทำความสะอาดตนเองของแผงโซลาร์เซลล์ ที่สามารถกำจัดคราบฝุ่น/ทรายได้มากถึง 98% ปัจจัยสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของการทำความสะอาด คือ การปรับแต่งพื้นผิว (Surface Modification) ของแผงโซลาร์เซลล์ ทำให้โซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งไว้ในพื้นที่ทะเลทรายสามารถผลิตพลังงานที่มีความเสถียรได้ตลอดเวลา    

            ตามกระบวนการปรับปรุงพื้นผิวของแผงโซลาร์เซลล์นั้น นักวิจัยได้อิงตามลักษณะธรรมชาติของใบบัว ที่มีพื้นผิวไม่ชอบน้ำ (Hydrophobicity) เมื่อมีหยดน้ำหยดลงมาบนใบบัว หยดน้ำจะก่อตัวเป็นเม็ดกลมและไหลผ่านบนพื้นผิวอย่างรวดเร็ว เนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างหยดน้ำและพื้นผิวใบบัวจะมีน้อยมาก ซึ่งเราสามารถสังเกตได้ว่า การมีคุณสมบัติลักษณะนี้ของใบบัว จะทำให้พื้นผิวใบบัวไม่ค่อยมีความสกปรก เมื่อเปรียบเทียบกับใบไม้ชนิดอื่น


          นักวิจัยได้ออกแบบพื้นผิวโซลาร์เซลล์เป็น 4 แบบ นั่นคือ แบบชอบน้ำผิวเรียบ แบบชอบน้ำผิวขรุขระ แบบไม่ชอบน้ำผิวเรียบ และแบบไม่ชอบน้ำผิวขรุขระ ซึ่งพื้นผิวทั้งหมดถูกปรับปรุงโดยกระบวนการกัดทางเคมีแบบเปียก (Wet-Chemically Etching) เพื่อสร้างเส้นใยนาโนบนพื้นผิว และการเคลือบ (Coating) ผลการทดลองพบว่าคราบฝุ่นสามารถโดนกำจัดได้มากถึง 98% ในพื้นผิวแบบไม่ชอบน้ำผิวขรุขระ โดยการยืนยันผ่านภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์  


          จึงสรุปได้ว่า งานวิจัยนี้ได้แสดงให้เห็นถึงผลการพัฒนากระบวนการทำความสะอาดตนเองของแผงโซลาร์เซลล์ซึ่งมีประสิทธิภาพอย่างมาก ถ้าเรานำแผงโซลาร์เซลล์ที่ผ่านการปรับปรุงพื้นผิวไปใช้งานจริง เมื่อฝนตกลงมาจะเกิดการชะล้างตามธรรมชาติ นอกจากนั้น ถ้าเป็นการติดตั้งในพื้นที่ทะเลทราย แม้อาจจะมีปัญหาเรื่องสภาพอากาศการตกของฝน แต่ก็สามารถทำให้เราไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดแผงบ่อยครั้งเหมือนแต่ก่อน ทำให้ช่วยประหยัดแรงงานคนและต้นทุนการทำความสะอาดมากกว่าเดิมอีกด้วย

 

อ้างอิง
 

• [1] Example image obtained from www.masterbuilder.co.in (สืบค้นเมื่อ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2562)
• [2] Example image obtained from paintsandcoatingsexpert.com (สืบค้นเมื่อ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2562)
• [3] S. A. Sulaiman et al., Influence of Dirt Accumulation on Performance of PV Panels, Energy Procedia 50(2014), 50-56.
• [4] Example image obtained from https://www.pinterest.com/pin/826762444064625999/ (สืบค้นเมื่อ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2562)
• [5] Example image obtained from http://www.technocrazed.com/fully-automated-robotic-cleaning-makes-solar-panels-more-efficient (สืบค้นเมื่อ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2562)
• [6] Example image obtained from www.asme.org/topics-resources/content/self-cleaning-solar-panels-maximize-efficiency (สืบค้นเมื่อ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2562)
• [7] T. Heckenthaler et al., Self-Cleaning Mechanism: Why Nanotexture and Hydrophobicity Matter, Langmuir 35(2019), 15526-15534.