Một nhóm nghiên cứu do Đại học Imam Abdulrahman Bin Faisal của Saudi Arabia dẫn đầu, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm về các thành phần bụi khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất quang điện (PV). Nghiên cứu xem xét bốn loại bụi - montmorillonite, kaolinite, bentonite và bụi tự nhiên - trên các tấm pin mặt trời hoạt động trong môi trường ven biển khô cằn.

Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn trong việc tối ưu hóa việc bảo trì PV ở các vùng ven biển khô cằn, nhóm giải thích. Thông qua kết quả nghiên cứu, các bên liên quan có thể ưu tiên lịch trình vệ sinh hoặc lựa chọn lớp phủ phù hợp với các khoáng chất chủ yếu. Ví dụ, lớp phủ kỵ nước có thể làm giảm độ bám dính do độ ẩm gây ra trong môi trường giàu canxi, trong khi các vùng giàu sắt có thể được hưởng lợi từ vật liệu chịu nhiệt.

Các thí nghiệm thực hiện tại Jubail, thành phố trên bờ biển Vịnh Ba Tư của Saudi Arabia, được phân loại là BWh (sa mạc nóng) theo hệ thống khí hậu Köppen. Một tấm pin quang điện đa tinh thể 20 W được sử dụng để thử nghiệm hiệu suất ngoài trời từ ngày 9 đến ngày 29/9/2025. Ở công suất tối đa, tấm pin cung cấp dòng điện 1,14 A và điện áp 17,6 V, với điện áp mạch hở là 21,1 V và dòng điện ngắn mạch là 1,29 A.

Đất sét montmorillonite, kaolinite và bentonite được lấy từ bột khoáng thương mại và sàng lọc đến kích thước dưới 45 μm. Mẫu bụi tự nhiên được thu thập thủ công từ các bề mặt kính tiếp xúc với điều kiện môi trường xung quanh tại Jubail. Quá trình lắng đọng bụi thực hiện qua bảy giai đoạn, bắt đầu với mật độ bề mặt khoảng 1,0 g/m² và tăng dần đến khoảng 7,0 g/m². Các phép đo được thực hiện sau mỗi giai đoạn lắng đọng.

Phân tích khoáng vật học bằng SEM-EDX cho thấy các cấu hình thành phần bụi riêng biệt, có mối tương quan trực tiếp với các mô hình suy giảm hiệu suất. Bụi tự nhiên, đặc trưng bởi hàm lượng silica cao (25,37%) và canxi oxit (30,52%), nổi lên là chất ô nhiễm có hại nhất, gây tổn thất công suất 48% ở mật độ lắng đọng 6 g/m² thông qua sự kết hợp tán xạ ánh sáng và quá trình kết dính hút ẩm.

Bụi giàu canxi được phát hiện là có vấn đề đặc biệt ở điều kiện ven biển, nơi độ ẩm cao (độ ẩm tương đối 40-65%) biến các hạt rời thành các lớp bám dính, kháng lại các cơ chế làm sạch tự nhiên. Ngược lại, hàm lượng sắt cao (62,67%) trong montmorillonite góp phần làm tăng nhiệt độ bề mặt tấm pin lên 40,4 độ C và làm giảm điện áp mạch hở.

Độ ẩm nổi lên như một yếu tố khuếch đại quan trọng hơn, làm giảm hiệu suất 15-30% khi độ ẩm tương đối vượt quá 60%. Ngưỡng này đánh dấu sự chuyển đổi từ tình trạng bám bẩn có thể đảo ngược sang bám dính cố định, trong đó lực mao dẫn liên kết các hạt bụi với bề mặt PV với độ bền đủ mạnh để chống lại sự thổi bay do gió, các học giả giải thích thêm. Phân tích hằng ngày cho thấy việc phát điện tối ưu diễn ra vào buổi sáng có độ ẩm thấp (8:00-11:30 sáng, hiệu suất 12-13%), trong khi buổi chiều bị mất hiệu suất 20-25%.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện, ô nhiễm hạt ảnh hưởng đáng kể đến sự suy giảm hiệu suất, chỉ số chất lượng không khí (AQI) cho thấy mối tương quan nghịch mạnh với hiệu suất so với chỉ riêng độ ẩm. Ở mức AQI vượt quá 160, tác động kết hợp của sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt khí dung trong không khí và bụi bẩn bề mặt làm giảm hiệu suất chuyển đổi xuống dưới 10%, ngay cả khi mật độ lắng đọng bụi vừa phải (3-4 g/m²).

Nghiên cứu này được công bố trong bài báo “Nghiên cứu thực nghiệm và mô hình về tác động của thành phần bụi lên hiệu suất quang điện trong môi trường ven biển khô cằn” trên tạp chí Materials Research and Technology. Các nhà khoa học từ Đại học Imam Abdulrahman Bin Faisal của Saudi Arabia, Cơ quan năng lượng nguyên tử Ai Cập và Đại học Ain Shams của Ai Cập tham gia nghiên cứu này.