Пыль — бич эффективности солнечных панелей. Факт простой и неоспоримый. Но гораздо серьезнее проблема с методом решения этой задачи. В настоящее время отрасль применяет для очистки струи высокого давления. Да, это работает. Однако это также огромная трата ресурсов. Речь идет о 12 миллиардах галлонов воды ежегодно по всему миру. Эта вода уходит в канализацию, унося с собой и здравый экологический смысл.
Существующие методы оставляют самую стойкую грязь, потому что законы физики им не помогают. Тяжелые частицы прилипают, а вода просто разлетается в стороны. Это неэффективно по самой своей конструкции.
Поэтому команда исследователей из Городского университета Гонконга, Имперского колледжа Лондона и Китайской академии наук в Пекине решила перестать «кричать» на грязь и начать «шепотом» убирать её. Под руководством профессора Стивена Вэнга ученые изучили, как природа справляется с очисткой. Крылья бабочек. Листья, умытые дождем. Им не нужны пожарные рукава. Они используют поверхностное натяжение, упругость и точечное воздействие.
Команда Вэнга назвала этот метод «очисткой жидкими каплями». Звучит мягко, но это не про нежность, а про точность.
Большинство людей полагают, что чем сильнее удар, тем чище результат. Они ошибаются. Ло Вай Кин, аспирантка, которая буквально бомбардировала панели песком до боли в руке, открыла правду. Если энергии слишком много, вода просто разлетается в стороны. Поверхностные вибрации сбрасывают капли с панели, прежде чем они успеют выполнить свою работу. Идеальный вариант — это не максимальная сила, а умеренная.
Научным термином для этой закономерности является «немонотонность». Это означает, что побеждает золотая середина.
Когда капли ударяют по поверхности с определенной, умеренной энергией, они сливаются воедино. Они тащат за собой грязь и подхватывают её. Вместо хаотичного распыления вода действует как маленький швабра, собирая загрязняющие вещества в единую массу перед тем, как смыть их.
Результаты оказались поразительными. Эффективность очистки достигла 99,9% даже на супергидрофобных покрытиях. Метод справился даже с тяжелой пылью — теми неприятными частицами, плотность которых в 6–10 раз выше плотности воды. Обычно такая грязь остается на месте. Этот метод заставляет её отпадать.
Представьте счет за воду для всей планеты. Потребление падает с 12 миллиардов галлонов до 2 миллиардов. Это сокращение на 80%. Для засушливых регионов, где солнечная энергия необходима, а воды для поддержания чистоты оборудования практически нет, это не просто удобство. Это разница между жизнеспособной энергосетью и безжизненной, выжженной.
Профессор Вэнг называет результат простым, но с огромным потенциалом влияния. Он подтверждает новый механический принцип очистки и заставляет инженеров переосмыслить конструкции насадок для распыления. Зачем распылять с силой, если можно аккуратно убрать?
Мы десятилетиями пытались подчинить природу, используя огромные объемы воды. Возможно, все время дело было в легком прикосновении. Вода по-прежнему течет. Панели по-прежнему сияют. Но теперь они делают это с долей прежних затрат, оставляя больше рек полноводными и уменьшая количество пересыхающих водохранилищ.
