alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2021.01.001alternative-2004Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетикаI. RENEWABLE ENERGY 1. Solar EnergyМорфологические особенности и элементный состав пылевого загрязнения фотоэлектрического модуляThe morphological features and elemental composition of the dust pollution on the photovoltaic moduleТукфатуллинО. Ф.TukfatullinO. F.Тукфатуллин Оскар Фаритович, доктор философии по техническим наукам

Tukfatullin Oskar Faritovich, Doctor of Philosophy (Ph.D.) in Technical Sciences

Tashkent

oskar.tukfatullin@gmail.comМуминовР. А.MuminovR. A.Муминов Рамизулла Абдуллаевич, доктор физико-математических наук, академик АН Республики Узбекистан

Muminov Ramizulla Abdullaevich, Doctor of Sciences in Physics and Mathematics, Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan

Tashkent

РахматуллаевИ. А.RakhmatullaevI. A.Рахматуллаев Илёс Арзимуродович, доктор физико-математических наук

Rakhmatullaev Ilyos Arzimurodovich, Doctor of Sciences in Physics and Mathematics

Tashkent

ГусевА. Л.GusevA. L.Гусев Александр Леонидович

Gusev Alexander Leonidovich

Sarov

ТурсункуловО. М.TursunkulovO. M.Турсункулов Ойбек Муйдинович, кандидат физико-математических наук 

Tursunkulov Oybek Myudinovich, Doctor of Philosophy (Ph.D.) in Physics and Mathematics

Tashkent

ТурсуновМ. Н.TursunovM. N.Турсунов Мухамад Нишанович, доктор технических наук

Tursunov Mukhamad Nishanovich, Doctor of Sciences in Technical

Tashkent

РахматуллаевМ. Р.RakhmatullaevM. R.Рахматуллаев Мубин Рахманович, кандидат физико-математических наук

Rakhmatullaev Mubin Rakhmanovich, Doctor of Philosophy (Ph.D.) in Physics and Mathematics

Tashkent

ДжумамуратовК. А.DjumamuratovK. A.Джумамуратов Комекбай Алламбергенович 

Djumamuratov Komekbay Allambergenovich

Tashkent

НИИ физики полупроводников и микроэлектроники Национального университета Узбекистана им. Мирзо УлугбекаУзбекистанResearch Institute of Semiconductor Physics and Microelectronics of the National University of Uzbekistan named after Mirzo UlugbekUzbekistanФизико-технический институт НПО «Физика – Солнце» АН Республики УзбекистанУзбекистанPhysical-Technical Institute of Scientific Production Association "Physics – Sun" named after S.A. Azimov of the Academy of Sciences of the Republic of UzbekistanUzbekistanЦентр передовых технологий при Министерстве инновационного развития Республики УзбекистанУзбекистанCenter for Advanced Technologies under the Ministry of Innovative Development of the Republic of UzbekistanUzbekistanГруппа компаний «Альтернативная энергетика и экология» и «Водород»РоссияGroup of Companies "Alternative Energy and Ecology" and "Hydrogen"Russian Federation20212004202101-31020Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20212021Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2004

В данной работе методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного анализа проведены исследования морфологии и состав пыли и грязи, скапливающейся на поверхности защитного стекла фотоэлектрического модуля расположенного в черте города Ташкента. Показано, что размеры частиц неорганической компоненты варьируются от 2 мкм до 75 мкм, а для органической компоненты характерны размеры от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Установлено, что неорганическая пыль состоит из частиц с разной формой, а для органической характерна волокнистая структура с углублениями и микропорами. Исследования элементного состава показали существенные различия между образцами неорганического и органического происхождения. Анализ элементного состава показал, что высокая весовая доля кислорода, свидетельствует о его участии в соединениях с кремнием, кальцием, углеродом и железом, что может указывать на содержание этих элементов в виде устойчивых оксидов. Показано, что загрязнения органического происхождения содержат кислород, углерод, азот и фосфор, которые могут свидетельствовать о высоком содержании органических соединений в виде растительных волокон и оксидов, последних двух элементов, которые в свою очередь характерны для продуктов жизнедеятельности птиц. Проведённые исследования по определению морфологических особенностей и количественного анализа состава пыли и грязи, скапливающейся на поверхности защитного стекла фотоэлектрического модуля позволили заключить, что поиск методов предотвращающих пылевые и грязевые скопления на фронтальной поверхности модулей, а также методов очистки от данных загрязнений, следует вести для частиц неорганического происхождения с продольными размерами до 30 мкм и, вместе с тем, необходимо искать способы снижения их адгезивных свойств. Другим важным выводом является то, что в случае загрязнений органического происхождения, соединения в виде органических веществ, входящих в состав птичьего помёта, находятся в водорастворимых формах, а это позволяет очищать поверхности фотоэлектрических модулей без применения специальных моющих средств.

In this work, scanning electron microscopy and X-ray energy dispersive analysis methods were used to study the morphology and composition of dust and dirt that accumulates on the protective glass surface of the photovoltaic module. These modules are located in the local Tashkent area. It is shown here that the sizes of the inorganic particles varied from 2 μm to 75 μm, while the organic particles are up to several millimeters in size. The inorganic dust component consists of particles with different shapes, while the organic dust is characterized by a fibrous structure in which holes and micropores were found. Elemental composition studies have shown significant differences between samples of inorganic and organic origin. Analysis of the elemental composition showed a high weight fraction of oxygen, indicating its chemical bonding in compounds with silicon, calcium, carbon and iron, which suggests the presence of these elements in the form of stable oxides. It is shown that organic pollution components contains oxygen, carbon, nitrogen and phosphorus, which may indicate a high content of organic compounds in the form of plant fibers and oxides; the last two elements are characteristic of bird waste products. These studies that were carried out to determine the morphological features and to quantitatively analyze the composition of the dust and dirt that accumulates on the protective glass surface of the photovoltaic module allows us to conclude that the search for methods for preventing and cleaning this accumulation on the front surface of the modules should be targeted for particles of inorganic origin with longitudinal dimensions of up to 30 μm and at the same time it is necessary to look for ways to deterio- rate their adhesive properties. Another important conclusion in the case of organic pollution is that the organic compounds found in bird droppings are in a water-soluble form, which allows you to clean the surface of photovoltaic modules without the use of special detergents.

фотоэлектрический модульфотоэлектрическая системасолнечный элементпыльгрязьочистканеорганические соединенияорганические соединения.photovoltaic modulephotovoltaic systemsolar celldustdirtcleaninginorganic compoundsorganic compounds.ReferencesJäger-Waldau, A. PV Status Report 2019 / Jäger-WaldauLuxembourg: Publications Office of the European Union, 2019. 79 с.Jäger-Waldau, A. PV Status Report 2019 / A. Jäger-Waldau– Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2019. – 79 s.Проектирование фотоэлектрических систем: учебно-методическое пособие / сост. А.А. Бутько и др. Минск: ИВЦ Минфина, 2018. 294 с.Proektirovanie fotoehlektricheskikh sistem: uchebno-metodicheskoe posobie / sost. A.A. But'ko i dr. Minsk: IVTS Minfina, 2018. – 294 s.ShafqatMughal. A Review on Solar Photovoltaic Technology and Future Trends / Shafqat Mughal,Yog Raj Sood, R.K Jarial // International Journal of Scientific Research in Computer Science, Engineering and Information Technology. 2018. V. 4. I. 1. P. 227–235.ShafqatMughal. A Review on Solar Photovoltaic Technology and Future Trends / Shafqat Mughal,Yog Raj Sood, R.K Jarial // International Journal of Scientific Research in Computer Science, Engineering and Information Technology. – 2018. – V. 4. – I. 1. – P. 227–235.Тукфатуллин, О.Ф. Выбор оптимального угла наклона фотоэлектрических панелей с однопозиционной фиксацией стационарных фотоэлектрических систем в зависимости от географической широты и инсоляции в течение года / О.Ф. Тукфатуллин // Гелиотехника. 2016. № 4. С. 17–20.Tukfatullin, O.F. Vybor optimal'nogo ugla naklona fotoehlektricheskikh panelei s odnopozitsionnoi fiksatsiei statsionarnykh fotoehlektricheskikh sistem v zavisimosti ot geograficheskoi shiroty i insolyatsii v techenie goda / O.F. Tukfatullin // Geliotekhnika. – 2016. – № 4. – S. 17–20.Турсунов, М.Н.Разработка фотоэлектрической установки для работы в условиях жаркого климата / М.Н. Турсунов [и др.] // Гелиотехника.2006.№ 3.С. 13–17.Tursunov, M.N.Razrabotka fotoehlektricheskoi ustanovki dlya raboty v usloviyakh zharkogo klimata / M.N. Tursunov [i dr.] // Geliotekhnika.– 2006.– № 3.– S. 13–17.Таджиев, У.А. Возможности использования солнечных фотоэлектрических и ветроэлектрических установок в системах электроснабжения сельских населённых пунктов, расположенных в удалённых местностях с особо сложными природными и климатическими условиями/ У.А. Таджиев, Р.А. Захидов, Е.И. Киселева // Гелиотехника. 2017. № 2. С. 66–71.Tadzhiev, U.A. Vozmozhnosti ispol'zovaniya solnechnykh fotoehlektricheskikh i vetroehlektricheskikh ustanovok v sistemakh ehlektrosnabzheniya sel'skikh naselennykh punktov, raspolozhennykh v udalennykh mestnostyakh s osobo slozhnymi prirodnymi i klimaticheskimi usloviyami/ U.A. Tadzhiev, R.A. Zakhidov, E.I. Kiseleva // Geliotekhnika. – 2017. – № 2. – S. 66–71.Таджиев, У.А. Возможности использования солнечных фотоэлектрических и ветроэлектрических установок в системах электроснабжения сельских населённых пунктов, расположенных в удалённых местностях с особо сложными природными и климатическими условиями. Часть II / У.А. Таджиев, Р.А. Захидов, Е.И. Киселева // Гелиотехника. 2017. № 3. С. 54–58.Tadzhiev, U.A. Vozmozhnosti ispol'zovaniya solnechnykh fotoehlektricheskikh i vetroehlektricheskikh ustanovok v sistemakh ehlektrosnabzheniya sel'skikh naselennykh punktov, raspolozhennykh v udalennykh mestnostyakh s osobo slozhnymi prirodnymi i klimaticheskimi usloviyami. Chast' II / U.A. Tadzhiev, R.A. Zakhidov, E.I. Kiseleva // Geliotekhnika. – 2017. – № 3. – S. 54–58.Naihong Shu. Experimental and Theoretical Study on the Optimal Tilt Angle of Photovoltaic Panels / Naihong Shu [et al.] // Journal of Asian Architecture and Building Engineering. 2006. V. 5. No. 2. P. 399–405.Naihong Shu. Experimental and Theoretical Study on the Optimal Tilt Angle of Photovoltaic Panels / Naihong Shu [et al.] // Journal of Asian Architecture and Building Engineering. – 2006. – V. 5. – No. 2. – P. 399– 405.Habtamu, B.M. Performace analysis of roofmounted photovoltaic systems The case of a Norwegian residential building / B.M. Habtamu // Energy Procedia. 2015. 83. P. 474–483.Habtamu, B.M. Performance analysis of roofmounted photovoltaic systems – The case of a Norwegian residential building / B.M. Habtamu // Energy Procedia. – 2015. – 83. – P. 474–483.Akif Karafil. Calculation of Optimum Fixed Tilt Angle of PV Panels Depending on Solar Angles and Comparison of the Results with Experimental Study Conducted in Summer in Bilecik, Turkey / Akif Karafil // Published in:2015 9th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (2628 November 2015, Bursa, Turkey) / Akif Karafil [et al.]–Bursa, 2015. –P. 971–976.Akif Karafil. Calculation of Optimum Fixed Tilt Angle of PV Panels Depending on Solar Angles and Comparison of the Results with Experimental Study Conducted in Summer in Bilecik, Turkey / Akif Karafil // Published in:2015 9th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (26–28 November 2015, Bursa, Turkey) / Akif Karafil [et al.]–Bursa, 2015. –P. 971–976.Jordan, D.C. Technology and Climate Trends in PV Module Degradation / D.C. Jordan // Presented at the 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (24–28 September 2012, Frankfurt, Germany) / D.C. Jordan, J.H. Wohlgemuth, S.R. Kurtz Frankfurt, 2012. P. 1–7.Jordan, D.C. Technology and Climate Trends in PV Module Degradation / D.C. Jordan // Presented at the 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (24–28 September 2012, Frankfurt, Germany) / D.C. Jordan, J.H. Wohlgemuth, S.R. Kurtz – Frankfurt, 2012. – P. 1–7.Panagea, I.S. Climate Change Impact on Photovoltaic Energy Output: The Case of Greece / I.S. Panagea[et al.] // Advances in Meteorology. 2014. V. 2014. С. 1–11.Panagea, I.S. Climate Change Impact on Photovoltaic Energy Output: The Case of Greece / I.S. Panagea[et al.] // Advances in Meteorology. – 2014. – V. 2014. –S. 1–11.Haitham Bahaidarah. Performance evaluation of a PV module under climatic conditions of Dhahran, Saudi Arabia / Haitham Bahaidarah [et al.] // ENERGY EXPLORATION & EXPLOITATION. – 2015. V. 33. N. 6. P. 909–930.Haitham Bahaidarah. Performance evaluation of a PV module under climatic conditions of Dhahran, Saudi Arabia / Haitham Bahaidarah [et al.] // ENERGY EXPLORATION & EXPLOITATION. –2015. – V. 33. – N. 6. – P. 909–930.RamadanJ. Mustafa. Environmental Impacts on the Performance of Solar Photovoltaic Systems [Электронныйресурс] / Ramadan J. Mustafa [et al.] // Sustainability. 2020. 12(2). Режим доступа: https://doi.org/10.3390/su12020608. (Дата обращения: 03.02.2021).RamadanJ. Mustafa. Environmental Impacts on the Performance of Solar Photovoltaic Systems [Ehlektronnyiresurs] / Ramadan J. Mustafa [et al.] // Sustainability. – 2020. – 12(2). – Rezhim dostupa: https://doi.org/10.3390/su12020608. – (Data obrashcheniya: 03.02.2021).Разработка прогнозов текущей погоды и сверхкраткосрочных прогнозов с использованием современных систем наблюдения за атмосферой и продукции численных моделей: методическое пособие / В.И. Лукьянов. М.: Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации, 2018. 96 с.Razrabotka prognozov tekushchei pogody i sverkhkratkosrochnykh prognozov s ispol'zovaniem sovremennykh sistem nablyudeniya za atmosferoi i produktsii chislennykh modelei: metodicheskoe posobie / V.I. Luk'yanov. – M.: Gidrometeorologicheskii nauchnoissledovatel'skii tsentr Rossiiskoi Federatsii, 2018. – 96 s.Precipitation Accuracy Considerations [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://content.meteoblue.com/en/specifications/weather-variables/precipitation/accuracy-considerations. METEOBLUE. (Дата обращения: 15.02.2021).Precipitation Accuracy Considerations [Ehlektronnyi resurs]. – Rezhim dostupa: https://content.meteoblue.com/en/specifications/weathervariables/precipitation/accuracy-considerations. – METEOBLUE. – (Data obrashcheniya: 15.02.2021).Жилов, Ю.Д. Справочник по медицине труда и экологии / Ю.Д. Жилов, Г.И. Куценко. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1995. 172 c.Zhilov, YU.D. Spravochnik po meditsine truda i ehkologii / YU.D. Zhilov, G.I. Kutsenko. – 2-e izd., pererab. i dop. – M.: Vyssh. shk., 1995. – 172 c.Federico Karagulian. Contributions to cities' ambient particulate matter (PM): A systematic review of local source contributions at global level / Federico Karagulian [et al.] // Atmospheric Environment. 2015. V. 120. P. 475–483.Federico Karagulian. Contributions to cities' ambient particulate matter (PM): A systematic review of local source contributions at global level / Federico Karagulian [et al.] // Atmospheric Environment. – 2015. – V. 120. – P. 475–483.Zorrilla-Casanova, J.Analysis of dust losses in photovoltaic modules / Zorrilla-Casanova J. // Published in: Word Renewable Energy Congress 2011 Sweden (8–13 May 2011, Linköping, Sweden) / ZorrillaCasanova J.[et al.]–Linköping, 2011. 8 p.Zorrilla-Casanova, J.Analysis of dust losses in photovoltaic modules / Zorrilla-Casanova J. // Published in: Word Renewable Energy Congress 2011 – Sweden (8–13 May 2011, Linköping, Sweden) / ZorrillaCasanova J.[et al.]–Linköping, 2011. – 8 p.Yunlin Sun. Investigating the Impact of Shading Effect on the Characteristics of a Large-Scale GridConnected PV Power Plant in Northwest China [Электронныйресурс] / Yunlin Sun [et al.] // International Journal of Photoenergy. 2014. V. 2014. Режим доступа:https://doi.org/10.1155/2014/763106. (Дата обращения: 24.02.2021).Yunlin Sun. Investigating the Impact of Shading Effect on the Characteristics of a Large-Scale GridConnected PV Power Plant in Northwest China [Ehlektronnyiresurs] / Yunlin Sun [et al.] // International Journal of Photoenergy. – 2014. – V. 2014. – Rezhim dostupa:https://doi.org/10.1155/2014/763106. – (Data obrashcheniya: 24.02.2021).Hottel, H. Performance of Flat Plate Solar Heat Collectors / H. Hottel,B. Woertz // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers.1942.V. 64.–P. 91–104.Hottel, H. Performance of Flat Plate Solar Heat Collectors / H. Hottel,B. Woertz // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers.– 1942.–V. 64.–P. 91–104.Nimmo, B. Effects of dust on the performance of thermal and photovoltaic flat plate collectors in Saudi Arabia: Preliminary results / B. Nimmo // Published in: Proceedings of the "Second Miami International Conference on Alternative Energy Sources"(10–13 December 1979, Miami Beach, FL, USA) / B. Nimmo, S.A.M. Seid–Washington, D.C., 1981.–P. 145–152.Nimmo, B. Effects of dust on the performance of thermal and photovoltaic flat plate collectors in Saudi Arabia: Preliminary results / B. Nimmo // Published in: Proceedings of the "Second Miami International Conference on Alternative Energy Sources"(10–13 December 1979, Miami Beach, FL, USA) / B. Nimmo, S.A.M. Seid–Washington, D.C., 1981.–P. 145–152.Bergin, M.H. Large Reductions in Solar Energy Production Due to Dust and Particulate Air Pollution / M.H. Bergin [et al.] // Environmental Science & Technology Letters. 2017. –V. 4. –P. 339–344.Bergin, M.H. Large Reductions in Solar Energy Production Due to Dust and Particulate Air Pollution / M.H. Bergin [et al.] // Environmental Science & Technology Letters. – 2017. –V. 4. –P. 339–344.The European Environment. State and Outlook 2010. Air Pollution / Martin Adams, Anke Lükewille. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2010. –42 p.The European Environment. State and Outlook 2010. Air Pollution / Martin Adams, Anke Lükewille. – Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2010. –42 p.Grousset, F.E. Case study of a Chinese dust plume reaching the French Alps / F.E. Grousset [et al.] //Geophysical Research Letters. –V. 30. No. 6. 1277.Grousset, F.E. Case study of a Chinese dust plume reaching the French Alps / F.E. Grousset [et al.] //Geophysical Research Letters. –V. 30. – No. 6. – 1277.Marticorena, B. Modeling the atmospheric dust cycle: 1. Design of a soil-derived dust emission scheme / Marticorena, G. Bergametti // J. Geophys. Res. V. 100. No. 16. – P. 415–416.Marticorena, B. Modeling the atmospheric dust cycle: 1. Design of a soil-derived dust emission scheme / B. Marticorena, G. Bergametti // J. Geophys. Res. –V. 100. – No. 16. –P. 415–416.Alfaro, S.C.Mineral aerosol production by wind erosion: aerosol particle sizes and binding energies / S.C. Alfaro, A. Gaudichet, L. Gomes, M. Maillé // Geophysical Research Letters. 1998. –V. 25. No. 7. P. 991–994.Alfaro, S.C.Mineral aerosol production by wind erosion: aerosol particle sizes and binding energies / S.C. Alfaro, A. Gaudichet, L. Gomes, M. Maillé // Geophysical Research Letters. – 1998. –V. 25. – No. 7. – P. 991– 994.Prospero, J.M.Saharan Dust Transport Over the North Atlantic Ocean and Mediterranean: An Overview / J.M. Prospero //S. Guerzoni, R. Chester R. (eds). The Impact of Desert Dust Across the Mediterranean. Environmental Science and Technology Library–Miami, FL, 1996. –V. 11. P. 133–151.Prospero, J.M.Saharan Dust Transport Over the North Atlantic Ocean and Mediterranean: An Overview / J.M. Prospero //S. Guerzoni, R. Chester R. (eds). The Impact of Desert Dust Across the Mediterranean. Environmental Science and Technology Library–Miami, FL, 1996. –V. 11. – P. 133–151.Сильный ветер в Каракалпакстане сорвал крыши зданий [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.gazeta.uz/ru/2019/06/15/storm/. Газета.uz. (Дата обращения: 26.02.2021).Sil'nyi veter v Karakalpakstane sorval kryshi zdanii [Ehlektronnyi resurs] – Rezhim dostupa: https://www.gazeta.uz/ru/2019/06/15/storm/. – Gazeta.uz. – (Data obrashcheniya: 26.02.2021).Aïssa, B. Structural and physical properties of the dust particles in Qatar and their influence on the PV panel performance [Электронный ресурс] / B. Aïssa [et al.]// Scientific Reports –2016. –V. 6. –Режим доступа:https://doi.org/10.1038/srep31467(Дата обращения: 27.02.2021).Aïssa, B. Structural and physical properties of the dust particles in Qatar and their influence on the PV panel performance [Ehlektronnyi resurs] / B. Aïssa [et al.]// Scientific Reports –2016. –V. 6. –Rezhim dostupa:https://doi.org/10.1038/srep31467– (Data obrashcheniya: 27.02.2021).Аральское море и Приаралье / под общ. ред. проф. В.А. Духовного. Ташкент: Baktriapress, 2017. 120 с.Aral'skoe more i Priaral'e / pod obshch. red. prof. V.A. Dukhovnogo. – Tashkent: Baktriapress, 2017. – 120 s.Агрохимия: учебник / под ред. В.Г. Минеева. М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. 854 с.Agrokhimiya: uchebnik / pod red. V.G. Mineeva. M.: Izd-vo VNIIA im. D.N. Pryanishnikova, 2017. – 854 s.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.