Une nouvelle méthode de nettoyage pourrait éliminer la poussière des installations solaires dans les régions où l’eau est limitée, améliorant ainsi l’efficacité globale

panneaux solaires

Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

L’énergie solaire devrait atteindre 10% de la production mondiale d’électricité d’ici 2030, et une grande partie de celle-ci sera probablement située dans des zones désertiques, où la lumière du soleil est abondante. Mais l’accumulation de poussière sur les panneaux solaires ou les miroirs est déjà un problème important – elle peut réduire la production des panneaux photovoltaïques jusqu’à 30 % en un mois seulement – un nettoyage régulier est donc essentiel pour de telles installations.

Mais le nettoyage des panneaux solaires est actuellement estimé à utiliser environ 10 milliards de gallons d’eau par an, assez pour fournir de l’eau potable à 2 millions de personnes. Les tentatives de nettoyage sans eau demandent beaucoup de travail et tendent à provoquer des rayures irréversibles sur les surfaces, ce qui réduit également l’efficacité. Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT a mis au point un moyen de nettoyer automatiquement les panneaux solaires, ou les miroirs des centrales solaires thermiques, dans un système sans eau et sans contact qui pourrait réduire considérablement le problème de la poussière, disent-ils.

Le nouveau système utilise la répulsion électrostatique pour que les particules de poussière se détachent et sautent virtuellement de la surface du panneau, sans avoir besoin d’eau ou de brosses. Pour activer le système, une simple électrode passe juste au-dessus de la surface du panneau solaire, conférant une charge électrique aux particules de poussière, qui sont ensuite repoussées par une charge appliquée au panneau lui-même. Le système peut être actionné automatiquement à l’aide d’un simple moteur électrique et de rails de guidage le long du côté du panneau. La recherche est décrite dans la revue Avancées scientifiquesdans un article de l’étudiant diplômé du MIT Sreedath Panat et du professeur de génie mécanique Kripa Varanasi.

Malgré des efforts concertés dans le monde entier pour développer des panneaux solaires toujours plus efficaces, dit Varanasi, “un problème banal comme la poussière peut en fait mettre un sérieux coup dans l’ensemble”. Les tests en laboratoire menés par Panat et Varanasi ont montré que la baisse de la production d’énergie des panneaux se produit fortement au tout début du processus d’accumulation de poussière et peut facilement atteindre une réduction de 30 % après seulement un mois sans nettoyage. Même une réduction de 1 % de la puissance, pour une installation solaire de 150 mégawatts, ont-ils calculé, pourrait entraîner une perte de 200 000 $ de revenus annuels. Les chercheurs affirment qu’à l’échelle mondiale, une réduction de 3 à 4 % de la production d’électricité des centrales solaires équivaudrait à une perte comprise entre 3,3 et 5,5 milliards de dollars.

“Il y a tellement de travail en cours sur les matériaux solaires”, déclare Varanasi. “Ils repoussent les limites, essayant de gagner quelques pour cent ici et là en améliorant l’efficacité, et ici vous avez quelque chose qui peut effacer tout cela tout de suite.”

Bon nombre des plus grandes installations d’énergie solaire au monde, notamment en Chine, en Inde, aux Émirats arabes unis et aux États-Unis, sont situées dans des régions désertiques. L’eau utilisée pour nettoyer ces panneaux solaires à l’aide de jets d’eau sous pression doit être acheminée par camion à distance et doit être très pure pour ne pas laisser de dépôts sur les surfaces. Le récurage à sec est parfois utilisé, mais il est moins efficace pour nettoyer les surfaces et peut provoquer des rayures permanentes qui réduisent également la transmission de la lumière.

Le nettoyage de l’eau représente environ 10 % des coûts d’exploitation des installations solaires. Le nouveau système pourrait potentiellement réduire ces coûts tout en améliorant la puissance de sortie globale en permettant des nettoyages automatisés plus fréquents, selon les chercheurs.

“L’empreinte hydrique de l’industrie solaire est ahurissante”, déclare Varanasi, et elle augmentera à mesure que ces installations continueront de se développer dans le monde entier. “Ainsi, l’industrie doit être très prudente et réfléchie sur la façon d’en faire une solution durable.”

D’autres groupes ont tenté de développer des solutions à base électrostatique, mais celles-ci se sont appuyées sur une couche appelée écran électrodynamique, utilisant des électrodes interdigitées. Ces écrans peuvent avoir des défauts qui permettent à l’humidité de pénétrer et de les faire tomber en panne, explique Varanasi. Bien qu’ils puissent être utiles dans un endroit comme Mars, dit-il, où l’humidité n’est pas un problème, même dans les environnements désertiques sur Terre, cela peut être un problème sérieux.

Le nouveau système qu’ils ont développé ne nécessite qu’une électrode, qui peut être une simple barre métallique, pour passer sur le panneau, produisant un champ électrique qui confère une charge aux particules de poussière au fur et à mesure. Une charge opposée appliquée sur une couche conductrice transparente de quelques nanomètres d’épaisseur déposée sur le revêtement de verre du panneau solaire repousse alors les particules, et en calculant la bonne tension à appliquer, les chercheurs ont pu trouver une plage de tension suffisante pour surmonter l’attraction de la gravité et des forces d’adhérence, et provoque le soulèvement de la poussière.

En utilisant des échantillons de poussière de laboratoire spécialement préparés avec une gamme de tailles de particules, les expériences ont prouvé que le processus fonctionne efficacement sur une installation d’essai à l’échelle du laboratoire, explique Panat. Les tests ont montré que l’humidité de l’air fournissait une fine couche d’eau sur les particules, ce qui s’est avéré crucial pour que l’effet fonctionne. “Nous avons effectué des expériences à des humidités variables de 5% à 95%”, explique Panat. “Tant que l’humidité ambiante est supérieure à 30%, vous pouvez éliminer presque toutes les particules de la surface, mais à mesure que l’humidité diminue, cela devient plus difficile.”

Varanasi dit que “la bonne nouvelle est que lorsque vous atteignez 30% d’humidité, la plupart des déserts tombent dans ce régime”. Et même ceux qui sont généralement plus secs que cela ont tendance à avoir une humidité plus élevée tôt le matin, entraînant la formation de rosée, de sorte que le nettoyage peut être chronométré en conséquence.

“De plus, contrairement à certains des travaux antérieurs sur les écrans électrodynamiques, qui ne fonctionnent pas à une humidité élevée ou même modérée, notre système peut fonctionner à une humidité aussi élevée que 95 %, indéfiniment”, explique Panat.

En pratique, à grande échelle, chaque panneau solaire pourrait être équipé de garde-corps de chaque côté, avec une électrode s’étendant sur tout le panneau. Un petit moteur électrique, utilisant peut-être une infime partie de la sortie du panneau lui-même, entraînerait un système de courroie pour déplacer l’électrode d’une extrémité du panneau à l’autre, provoquant la chute de toute la poussière. L’ensemble du processus peut être automatisé ou contrôlé à distance. En variante, de fines bandes de matériau transparent conducteur pourraient être disposées en permanence au-dessus du panneau, éliminant ainsi le besoin de pièces mobiles.

En éliminant la dépendance à l’eau transportée par camion, en éliminant l’accumulation de poussière pouvant contenir des composés corrosifs et en réduisant les coûts d’exploitation globaux, de tels systèmes ont le potentiel d’améliorer considérablement l’efficacité et la fiabilité globales des installations solaires, explique Varanasi.


Des chercheurs développent une nouvelle méthode pour éliminer la poussière sur les panneaux solaires


Plus d’information:
Sreedath Panat et al, Dépoussiérage électrostatique à l’aide d’une induction de charge assistée par humidité adsorbée pour un fonctionnement durable des panneaux solaires, Avancées scientifiques (2022). Deux : 10.1126 / Sciadv.abm0078. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm0078

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Citation: Une nouvelle méthode de nettoyage pourrait éliminer la poussière des installations solaires dans les régions où l’eau est limitée, améliorant ainsi l’efficacité globale (2022, 11 mars) récupéré le 11 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-method-solar-water -limited-regions-efficiency.html

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