Windgedreven nanogenerator maakt zonnepaneelreiniging zonder stroom mogelijk

In droge, stoffige regio’s verliezen zonnepanelen een aanzienlijk deel van hun rendement. Een Zuid-Koreaans onderzoeksteam heeft een systeem ontwikkeld dat dit probleem aanpakt zonder externe stroombron. Door gebruik te maken van windenergie en een slim gestuurd elektrisch veld, verwijdert het systeem tot 83 procent van het stof en herstelt het tot 97 procent van het vermogensverlies.

Stofophoping op zonnepanelen vermindert de lichtinval en daarmee het elektrisch rendement. In regio’s met weinig neerslag zijn water- of robotgestuurde reinigingsmethoden kostbaar of praktisch onhaalbaar. Elektrodynamische schermen (EDS) bieden een alternatief door stof met elektrische velden te verplaatsen. Toch hebben deze systemen doorgaans externe wisselspanning nodig, wat extra elektronica vereist en het netto-energiesaldo verlaagt.

Zelfvoorzienend dankzij RTENG

De onderzoekers ontwikkelden een windgedreven, roterende tribo-elektrische nanogenerator (RTENG) die direct 3-fase wisselspanning opwekt. De spanning voedt een speciaal ontworpen, enkelvoudige EDS-elektrode. De 3-fase stroom wordt nauwkeurig fasegestuurd, waardoor een ‘reizend elektrisch veld’ ontstaat dat stofdeeltjes in één richting voortstuwt. Daarbij is geen zwaartekracht nodig, wat vooral van belang is bij panelen die vrijwel horizontaal liggen.

Het systeem bestaat uit twee statoren en twee roterende schijven, die door wind worden aangedreven. De elektrische output wordt via drie draden aangesloten op het EDS-oppervlak. Door de elektrodeopbouw en de gesynchroniseerde faseverschuiving ontstaat een veld dat stofdeeltjes actief transporteert, ongeacht hun ladingstoestand.

Efficiëntie onder realistische omstandigheden

Onder testomstandigheden met natuurlijke windomstandigheden werd een stofverwijderingsgraad van 83,5 procent bereikt (op basis van gewicht) en 62,4 procent (op basis van oppervlaktebedekking). Het systeem herstelde tot 96,9 procent van het oorspronkelijke zonnepaneelrendement. In vergelijking met conventionele 1-fase EDS-opstellingen presteerde het 1,6 keer beter qua gewicht en 1,13 keer beter qua oppervlakte.

“Deze aanpak biedt een schaalbare en onderhoudsarme oplossing voor zonnepaneelreiniging in omgevingen met veel stof”, aldus de onderzoekers. Door gebruik te maken van een enkelvoudige elektrodestructuur blijft de fabricage relatief eenvoudig en geschikt voor integratie in bestaande PV-modules.

Toepassingspotentieel

De combinatie van windenergie en fasesturing maakt het systeem bij uitstek geschikt voor toepassing in woestijngebieden of andere afgelegen regio’s zonder infrastructuur voor onderhoud of wateraanvoer. Door de autonome werking is het ook interessant voor grootschalige zonneparken waar handmatige reiniging onpraktisch is.

Het onderzoeksteam benadrukt dat dit systeem zowel eenvoudiger te fabriceren is als energie-efficiënter dan eerdere 3-fase ontwerpen, die vaak afhankelijk waren van meerdere generatoren en complexe aansturing.