سولارابيك، جنوب أفريقيا- 28 أبريل 2025: كشفت دراسة علمية حديثة أجراها باحثون في جامعة جنوب إفريقيا عن إمكانية استخدام نماذج كهروضوئية وهمية غير عاملة، ذات أسطح مُصممة بنسيج معين، كدرع واقٍ للحدّ بشكل كبير من تراكم الغبار على الألواح الشمسية العاملة. وتوصل العلماء، باستخدام تقنية ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) المتقدمة، إلى أن هذه الألواح الوهمية الموضوعة أمام الألواح المنتجة للطاقة يمكنها التقاط ما يصل إلى 58% أكثر من الغبار المتطاير، مما يمثل نهجًا مبتكرًا لمواجهة تحدي الاتساخ الذي يؤثر سلبًا على كفاءة محطات الطاقة الشمسية، خاصة في المناطق الجافة والمتربة.
ديناميكيات الموائع تكشف استراتيجية مبتكرة
استخدم الفريق البحثي عمليات محاكاة حاسوبية ثلاثية الأبعاد لاستكشاف فعالية وضع لوح وهمي ذي سطح محكم أمام لوح شمسي عامل. وثبّت الباحثون زاوية ميل اللوح الشمسي العامل عند 27∘ وارتفاعه عند متر واحد، بينما قاموا بتغيير معايير اللوح الوهمي؛ حيث اختبروا ارتفاعات متعددة له (0.75 متر، 1 متر، 1.25 متر)، وزوايا ميل مختلفة (15∘, 30∘, 45∘)، ومسافات فاصلة متنوعة بين اللوحين (2 متر، 2.5 متر، 3 أمتار). وشملت المحاكاة تحليل تدفق الهواء بمتوسط سرعة رياح بلغ 3.31 متر/ثانية، قادمة بشكل رئيسي من شرق الشمال الشرقي (66∘) وتصل أحيانًا إلى 5.7 متر/ثانية، مع حقن 378,600 جسيم غبار في النموذج الحسابي بتركيز افتراضي أقل من 12%. ويهدف هذا الأسلوب، الذي لم يُستكشف سابقًا بشكل موسع، إلى تغيير ديناميكيات تدفق الهواء لالتقاط جزيئات الغبار قبل وصولها للسطح المنتج للطاقة، بديلاً عن تقنيات التنظيف التقليدية النشطة أو كثيفة الاستهلاك للموارد.
النسيج السطحي وزاوية الميل: عوامل حاسمة في احتجاز الغبار
أظهرت نتائج المحاكاة أن الألواح الوهمية تحتجز الغبار بفعالية بسبب تباطؤ سرعة الرياح بالقرب من أسطحها، وأن زيادة زاوية ميل اللوح الوهمي تساهم في تقليل ترسب الغبار على الألواح العاملة عبر خفض سرعة التدفق وتعزيز اضطراب الهواء (الطاقة الحركية المضطربة). وسجل اللوح الشمسي العامل أقل كمية ترسب للغبار (1,000 جسيم فقط) عندما كانت المسافة مترين، وارتفاع اللوح الوهمي مترًا واحدًا، وزاوية ميله 30∘، بينما سجل أعلى كمية ترسب (128,000 جسيم) عند مسافة مترين، وارتفاع 0.75 متر، وزاوية ميل 45∘. وفي هاتين الحالتين، التقط اللوح الوهمي 93,000 و 6,000 جسيم على التوالي. وأكد التحليل الدور المحوري لنسيج السطح، حيث أدى تصميم السطح المحكم للوح الوهمي إلى زيادة التقاط الغبار بنسبة 23% مقارنة بلوح وهمي أملس. كما كشفت البيانات أن زاوية ميل اللوح الوهمي تمتلك الارتباط الأعلى (0.64) بكمية الغبار المترسب، مقارنة بمعاملات ارتباط أقل للمسافة (0.24) والارتفاع (0.29).
آفاق واعدة لحل مستدام ومنخفض التكلفة
يُقدم هذا النهج، وفقًا للباحثين وعلى رأسهم المؤلف المراسل كريستوفر تشينتوا إنوريمادو، حلاً واعدًا يتميز بكونه قليل الصيانة، فعالاً من حيث التكلفة، وقابلاً للدمج جماليًا مع تصميم المحطات الكهروضوئية. وتبرز أهميته بشكل خاص في البيئات التي تعاني من الغبار وندرة موارد المياه اللازمة لعمليات التنظيف المتكررة.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: science direct
image credit: canva
