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May 29, 2023

물 없이 태양광 패널을 청소하는 방법

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태양광 발전은 2030년까지 전 세계 발전량의 10%에 이를 것으로 예상되며, 그 중 대부분은 햇빛이 풍부한 사막 지역에 위치할 가능성이 높습니다. 그러나 태양광 패널이나 거울에 먼지가 쌓이는 것은 이미 중요한 문제입니다. 단 한 달 만에 태양광 패널의 출력이 최대 30%까지 줄어들 수 있으므로 이러한 설치에는 정기적인 청소가 필수적입니다.

그러나 현재 태양광 패널을 청소하는 데에는 연간 약 100억 갤런의 물이 사용되는 것으로 추산됩니다. 이는 최대 200만 명에게 식수를 공급할 수 있는 양입니다. 물을 사용하지 않고 청소하려는 시도는 노동 집약적이며 표면에 되돌릴 수 없는 긁힘이 발생하는 경향이 있어 효율성도 떨어집니다. 이제 MIT 연구진은 먼지 문제를 크게 줄일 수 있는 물이 없는 비접촉 시스템에서 태양광 패널이나 태양열 발전소의 거울을 자동으로 청소하는 방법을 고안했다고 그들은 말합니다.

새로운 시스템은 정전기 반발력을 사용하여 물이나 브러시가 필요 없이 먼지 입자가 패널 표면에서 분리되어 사실상 튀어나오도록 합니다. 시스템을 활성화하기 위해 간단한 전극이 태양광 패널 표면 바로 위를 지나가며 먼지 입자에 전하를 부여하고, 먼지 입자는 패널 자체에 적용된 전하에 의해 반발됩니다. 이 시스템은 간단한 전기 모터와 패널 측면의 가이드 레일을 사용하여 자동으로 작동할 수 있습니다. 이 연구는 MIT 대학원생 Sreedath Panat와 기계공학 교수 Kripa Varanasi의 논문으로 Science Advances 저널에 오늘 게재되었습니다.

보다 효율적인 태양광 패널을 개발하기 위한 전 세계의 공동 노력에도 불구하고 Varanasi는 "먼지와 같은 일상적인 문제는 실제로 전체에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다."라고 말합니다. Panat와 Varanasi가 실시한 실험실 테스트에 따르면 패널의 에너지 출력 감소는 먼지 축적 과정 초기에 급격히 발생하며 청소 없이 단 한 달 만에 쉽게 30% 감소에 도달할 수 있는 것으로 나타났습니다. 150메가와트 태양광 발전 설비의 경우 전력을 1%만 줄여도 연간 수익이 20만 달러 손실될 수 있다고 그들은 계산했습니다. 연구원들은 전 세계적으로 태양광 발전소의 전력 출력이 3~4% 감소하면 33억~55억 달러의 손실이 발생할 것이라고 말합니다.

"태양광 소재에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다"라고 Varanasi는 말했습니다. "그들은 효율성을 향상시키는 데 있어 여기저기서 몇 퍼센트를 얻으려고 노력하면서 한계를 뛰어넘고 있는데, 여기에 모든 것을 즉시 없앨 수 있는 것이 있습니다."

중국, 인도, UAE, 미국 등 세계 최대 규모의 태양광 발전 시설은 대부분 사막 지역에 위치해 있습니다. 가압 워터젯을 사용하여 이러한 태양광 패널을 청소하는 데 사용되는 물은 멀리서 트럭으로 운반되어야 하며 표면에 침전물이 남지 않도록 매우 순수해야 합니다. 때때로 건식 문지르기를 사용하지만 표면을 청소하는 데 덜 효과적이며 영구적인 긁힘을 유발하여 빛 투과도 감소시킬 수 있습니다.

물 청소는 태양광 설비 운영 비용의 약 10%를 차지합니다. 새로운 시스템은 잠재적으로 이러한 비용을 줄이는 동시에 자동 청소를 더 자주 수행함으로써 전체 전력 출력을 향상시킬 수 있다고 연구원들은 말합니다.

"태양광 산업의 물발자국은 상상을 초월할 정도입니다."라고 Varanasi는 말했습니다. 이러한 설치가 전 세계적으로 계속 확대됨에 따라 그 양은 더욱 늘어날 것입니다. "따라서 업계는 이것을 지속 가능한 솔루션으로 만드는 방법에 대해 매우 신중하고 신중해야 합니다."