随着全球太阳能产业迅速发展，太阳能电池板的装机规模在近年大幅增长。然而，电池板表面不断累积的灰尘和污染物会明显削弱能量转换效率，而现有的清洗方式往往极度耗水。

由香港城市大学机械工程系牵头的国际研究团队近日提出一项新型清洁方案——“液滴拖把”技术。该方法只需极少量用水，就能有效清除电池板表面的灰尘和颗粒物，在提升清洁效果的同时大幅节约水资源。

这项研究由香港城市大学机械工程系及能源与环境学院副校长（资源规划）兼副教授王斯文领导，并与伦敦帝国理工学院化学工程系奥马尔·马塔尔教授合作完成。相关成果已发表在《自然可持续性》（Nature Sustainability）期刊上。

重新理解液滴清洁机制

传统上，太阳能电池板多依赖高压水流喷射进行清洗，但这种方式耗水惊人，全球每年用于光伏清洁的用水量超过120亿加仑。研究团队在系统分析后发现，清洁效率与液滴冲击能量之间并非简单的“越大越好”关系，而是呈现非单调特征：在中等冲击能量下，清洁效果反而优于极高冲击强度。

基于这一发现，团队开发出“液滴拖把”技术，通过精确调控液滴撞击过程，实现对污染颗粒的高效去除。实验表明，该技术的颗粒去除效率可达99.9%，即便面对密度为水的6至10倍的重颗粒和高密度积尘，也能保持稳定的清洁性能。与传统高压水清洗相比，该方法用水量可减少6至10倍，预计有望将全球太阳能电池板清洁的年度总用水量降低超过80%。

“液滴拖把”的工作原理

“液滴拖把”利用液滴撞击电池板表面时的扩展与回弹过程，在微观尺度上产生定向流体动力，将附着在表面的颗粒拖拽、聚集并最终带离表面。通过对液滴尺寸、速度和冲击条件的优化，液滴在表面形成类似“拖拭”的流动轨迹，从而实现高效清洁。

这一技术对位于干旱和沙漠地区的大型光伏电站尤为关键。在这些地区，电池板污染严重且水资源紧缺，传统清洗方式难以兼顾效率与可持续性。“液滴拖把”在显著降低用水需求的同时，有助于维持电池板输出功率，提升可再生能源部署的整体可行性和环境友好性。

王斯文教授表示，该技术的灵感来自自然界的自清洁现象，例如蝴蝶翅膀和植物叶片在雨滴撞击下实现自我清洁的过程。“我们希望这项技术能够在全球范围内帮助节约宝贵水资源，同时提高可再生能源系统的运行效率，从而带来显著的经济和环境效益。”

沙漠环境模拟测试

王教授补充指出，这项研究虽然概念简单，却具有深远影响。一方面，它验证了一种此前未被充分认识的清洁机制；另一方面，也为未来太阳能电池板清洁设备的工程设计提供了关键参考。

研究团队成员、香港城市大学机械工程系博士生罗伟健介绍，他们在实验中使用不同粒径的沙粒反复测试液滴冲击行为，以模拟真实沙漠环境下的污染情况。结果显示，在太阳能电池板上常见的沙粒尺寸范围内，液滴冲击能够有效聚集并带走颗粒，使每一次液滴撞击的能量都更高效地用于清洁，从而形成一种高效且稳定的清洁机制。

在清洁能源转型与全球水资源紧张等重大环境挑战背景下，香港城市大学正积极推动相关前沿技术的研发，力求为全球性问题提供可落地的解决方案。随着“液滴拖把”技术进一步走向应用和规模化推广，有望为构建更高效、更节水的可再生能源体系提供重要支撑。