Как в самом солнечном регионе мира борются с загрязнением солнечных модулей
Аккумулятор FIAMM FG 21202
Исследователи, изучающие фотоэлектрические панели в засушливой пустыне Атакама в Чили, обнаружили, что из-за цементного загрязнения ежегодные потери энергии могут достигать 9,8 %. Их совместная работа в полевых и лабораторных условиях показала, что при сухой очистке остаются следы, которые ускоряют последующее цементирование, что делает влажную очистку более эффективной стратегией в долгосрочной перспективе, несмотря на более высокую стоимость и нехватку воды.
Фотоэлементы, используемые для измерения коэффициента загрязнения (SR) поверхности модуля
Международная исследовательская группа изучила процесс образования цементного налета на фотоэлектрических панелях, работающих в условиях гиперзасушливого климата региона с самым высоким уровнем солнечной радиации в мире — пустыни Атакама на севере Чили, и обнаружила, что ежегодные потери энергии, если их не устранить, могут достигать 9,8%.
Новизна исследования заключалась в смещении фокуса с анализа влияния нецементированной пыли на производительность фотоэлектрических систем на изучение цементированных загрязнений, которые, по мнению учёных, становятся всё более значимым фактором в условиях гиперзасушливого климата.
Разница между этими двумя типами загрязнений заключается в прочности или непрочности их сцепления с поверхностью модуля. Цементированные загрязнения прочно сцепляются с поверхностью из-за влаги, органических материалов или химических реакций, и их трудно удалить с помощью простого дождя или лёгкой очистки. Нецементированные загрязнения обычно образуются из-за пыли, песка или мелкого мусора и легко смываются дождём или при лёгкой очистке.
«Новизна этого исследования заключается в комплексном подходе: оно сочетает в себе долгосрочный мониторинг в реальных условиях в пустыне Атакама, которая является одним из самых экстремальных мест для воздействия фотонов в мире, и ускоренные лабораторные эксперименты, воспроизводящие процессы цементирования в контролируемых условиях», — пояснила исследовательская группа.
Испытания на открытом воздухе проводились на солнечной платформе в пустыне Атакама (PSDA), управляемой Центром энергетического развития Антофагасты (CDEA) при Университете Антофагасты (UA), а испытания в помещении — в лаборатории французского Национального института солнечной энергии (INES) — подразделения Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии (CEA).
Солнечная платформа в пустыне Атакама (PSDA)
Для испытаний на открытом воздухе учёные использовали ориентированные на север образцы фотоэлектрического стекла размером 4 см × 6 см, закреплённые в трёх экземплярах на активных фотоэлектрических модулях с углом наклона 20°. Через 2 дня, 1 неделю, 1, 2 и 3 месяца были извлечены и проанализированы различные образцы. Особенности загрязнения оценивались с помощью морфологического, элементного и структурного анализа.
Эффективность фотоэлектрических элементов измерялась с помощью двух откалиброванных кремниевых эталонных фотоэлементов (Si-V-10TC-T), установленных под тем же углом наклона и в той же ориентации, что и тестовые модули. Один эталонный элемент очищался ежедневно, а другой оставался неочищенным.
Они также провели технико-экономический анализ, чтобы оценить потери, связанные с загрязнением, и рентабельность очистки при условии эксплуатации фотоэлектрической установки мощностью 1 МВт с использованием технологии монокристаллического кремния.
Для тестирования в помещении исследователи использовали специальную климатическую камеру для контроля температуры и относительной влажности, а также регистраторы данных для мониторинга фотоэлектрической системы. Искусственное загрязнение создавалось с помощью распылителя пыли. Образцы фотоэлектрического стекла и мини-модули устанавливались на наклонной пластине, которая нагревалась и охлаждалась для воспроизведения реалистичных градиентов.
Анализ, проведённый на открытом воздухе, показал, что при линейной модели накопления загрязнений выходная мощность может снизиться на 9,8 %, или на 93 800 долларов за МВт в год, на смоделированной электростанции.
Тесты, проведённые в помещении, показали, что химическая чистка эффективно восстанавливает первоначальные характеристики фотоэлектрических модулей, хотя и не удаляет полностью сцементированные частицы, которые остаются в виде остатков, действующих как центры кристаллизации.
«Эти остаточные следы способствуют новым циклам цементирования при благоприятных условиях окружающей среды, повышая адгезию материала в последующих случаях, — объяснили учёные. — Этот кумулятивный эффект усложняет задачи по техническому обслуживанию в будущем и усиливает необходимость в выборе таких методов очистки, которые восстанавливают оптические характеристики и минимизируют образование зародышей и отложений с течением времени».
Они также подчеркнули, что влажная уборка предпочтительнее, несмотря на более высокие эксплуатационные расходы и нехватку воды в регионе.
Их выводы представлены в исследовании «Загрязнение в пустыне Атакама: влияние на эффективность солнечных батарей и оценка методов очистки», опубликованном в Renewable Energy. В исследовательскую группу вошли учёные из чилийской Corporación Atamostec, испанского Гранадского университета и Гренобльского университета Альп во Франции.
«Эти результаты применимы не только в Атакаме, но и в других засушливых и полузасушливых регионах, где можно использовать эту методологию для изучения и предотвращения загрязнения почвы в результате цементирования», — заключили они.
Атакама стала крупнейшим центром солнечной энергетики в Чили и Латинской Америке. За последнее десятилетие здесь были введены в эксплуатацию десятки крупных солнечных электростанций. Здесь исключительные условия для производства солнечной энергии, и фактически установленная мощность солнечных электростанций в этом регионе составляет более 90 % от общей установленной мощности в Чили.