16 просмотров

Ученые, изучающие солнечную энергию, пытаются решить проблему пыли

Видно, как мужчина просматривает набор датчиков, предназначенных для измерения загрязнения солнечных батарей.

Слой пыли и пыльцы, осевший на лобовом стекле вашего автомобиля, легко удаляется поворотом рычага, активирующего стеклоочистители и воду.Удаление этого слоя с солнечной панели, особенно неудобно расположенной от любого источника влаги, требует значительно больше работы.

Накопление пыли, сажи или других твердых частиц приводит к снижению эффективности фотоэлектрических (PV) панелей, что приводит к снижению количества производимой энергии и потере дохода их операторами. Но очистка этих солнечных панелей также требует затрат.

Текущие исследования в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) по проблеме «загрязнения» фотоэлектрических систем продолжают работать над поиском возможных решений, включая запатентованные технологии для решения проблемы и предоставление карты того, где загрязнение вызывает самые большие проблемы.

Загрязнение проблемы с самого начала

С тех пор как солнечная энергия впервые стала широко распространена несколько десятилетий назад, ученые трудились над повышением эффективности фотоэлектрических панелей и снижением стоимости производства электроэнергии от солнца. Это были большие задачи. Теперь, когда солнечная энергия обеспечивает все больший процент потребностей страны в электроэнергии по низкой цене, исследователи обратились к второстепенным проблемам с технологией.

«Мы сделали это», — сказал Мэтью Мюллер, инженер NREL, специализирующийся на надежности и производительности фотоэлектрических систем. «Солнечная энергия развертывается, но мы теряем энергию, потому что солнечная энергия развертывается в запыленных местах».

Статья в тему:  Сколько лет может быть крыша для солнечных батарей

Ежегодные потери энергии из-за загрязнения составляют от 7% в некоторых частях Соединенных Штатов до 50% на Ближнем Востоке.

Дождя и ветра может быть достаточно, чтобы смыть пыль с фотоэлектрических панелей, сказал Лин Симпсон, который работал с Мюллером в качестве соведущего исследователя в NREL в финансируемом Министерством энергетики исследовании загрязнения с 2016 по 2019 год. Тем не менее, Поскольку фотоэлектрические панели ночью остывают и притягивают утреннюю росу, пыль может пройти через процесс, называемый цементацией. Загрязнение буквально приклеивается к панели.

«В зависимости от того, в какой области вы находитесь, у вас могут быть разные минералы, которые откладываются в виде пыли на поверхности», — сказал Симпсон, старший научный сотрудник. «После того, как он пройдет процесс цементации, его может стать гораздо труднее удалить там, где его не удалит даже сильный дождь».

Единовременная очистка солнечной фермы мощностью 10 мегаватт, которая обеспечивает электричеством, достаточным для питания 2000 домов в день, может стоить примерно 5000 долларов. Симпсон сказал, что в некоторых районах, таких как Центральная долина в Калифорнии, где «уровень загрязнения становится достаточно высоким, а количество дождей достаточно низким», экономически целесообразно чистить панели более одного раза в год.

Ответы, необходимые для устранения неопределенности

Солнечные панели изначально были рассчитаны на срок службы от 25 до 30 лет. Технологические усовершенствования могут увеличить срок их службы до 50 лет. Инвестирование в солнечную энергетику, особенно в крупную коммунальную установку, требует изучения таких факторов, как количество производимой энергии и цена, по которой ее можно продать. Эта информация позволяет компаниям определять рентабельность своих инвестиций.

Статья в тему:  Кто делает самый большой ветрогенератор в мире

Датчики Side-by-Side показывают разницу между очищенным и неочищенным.

Одним из факторов, который следует учитывать, является степень загрязнения участка, но никто не может точно предсказать это. «Мы еще не достигли этого», — сказал Майкл Деселье, штатный научный сотрудник NREL, который работает над загрязнением PV. «Солнечные панели загрязняются, и это существенная неопределенность для их энергии с течением времени. А с неопределенностью возникает риск для людей, которые владеют активами, потому что они зависят от этого, чтобы производить энергию, и они защищают свои инвестиции. Отрасль выиграет от более качественной количественной оценки этого риска на разных площадках и с различными факторами».

По его словам, на данный момент операторы солнечных ферм коммунального масштаба учатся на собственном опыте, как часто панели нуждаются в очистке, и могут измерить, сколько энергии они потеряют по сравнению со стоимостью их очистки.«Людям лучше знать, что они потеряют с годами, чем быть совершенно неизвестным, потому что полное неизвестное — это риск».

Патент, выданный прошлым летом Мюллеру и исследователям в Испании, касался возможного решения. Датчик можно прикрепить к стеклу перед солнечным элементом и, освещая его светодиодом, измерить степень загрязнения. Измерение происходит путем сравнения потерь передачи через стекло с эталонным прозрачным стеклом. Технология называется «DUSST», что означает «детекторный блок для спектрального пропускания загрязнений».

Симпсон сказал, что ученые NREL также разрабатывают способ получения информации от фотоэлектрических модулей, чтобы решить проблему загрязнения. Проверяя количество электроэнергии, производимой ежедневно, они будут искать «определенные признаки того, что произошло значительное количество загрязнений. Было бы полезно иметь возможность сообщить оператору, что вы теряете Икс количество энергии, и вам, вероятно, вскоре следует заняться очисткой ».

Статья в тему:  Сколько школы экономят, используя солнечные батареи

Альтернативой является создание станции загрязнения. Датчик, установленный на фотоэлектрической панели, регулярно очищается, в то время как другой может загрязняться. Сравнение между ними дает оценку загрязнения. Деселье указывает на недостаток использования датчиков: «Если у вас большой массив, разные части массива могут загрязняться по-разному. Сенсор никогда не зафиксирует, что происходит со всем большим массивом».

Деселье и Мюллер помогли разработать алгоритмы, позволяющие более точно оценивать степень загрязнения. Сначала они разработали алгоритм стохастической скорости и восстановления (SRR), а совсем недавно Деселье работал с приглашенным исследователем Осмундом Скомедалом над разработкой метода комбинированной деградации и загрязнения (или CODS), который позволяет пользователям одновременно оценивать как загрязнение, так и естественное разрушение фотоэлектрических панелей. . Оба алгоритма используют данные о производстве энергии от фотоэлектрических систем.NREL бесплатно предоставляет SRR и CODS как часть RdTools (включение CODS все еще находится в стадии разработки).

По словам Деселье, сочетание SRR или CODS с информацией со станции загрязнения должно дать наиболее полную картину. «Я лично в восторге от обоих этих источников данных вместе, поэтому мы можем использовать сильные стороны каждого, чтобы получить действительно хорошую картину того, что происходит на сайте».

Городская среда получает пристальный взгляд

Исследование Сары Тот о загрязнении становится ближе к делу, поскольку она исследует взаимосвязь между загрязнением воздуха и загрязнением, особенно в городских районах. Тот установил два недорогих кремниевых датчика в промышленной зоне в трех милях от центра Денвера. Один датчик ежедневно автоматически чистился щеткой; другой никогда не чистился. В конце годичного эксперимента Тот обнаружила, что может точно смоделировать коэффициент загрязнения, основываясь только на накопленных твердых частицах и осадках. Она также обнаружила, что дождь может естественным образом смыть большую часть частиц грунта, но не мелкие частицы, которые, как правило, прилипают к поверхности.

Статья в тему:  Сколько стоят солнечные панели в Costco

«Причина, по которой я сосредоточил свои исследования на городской среде, заключается в том, что состав загрязнений совершенно другой», — сказал Тот, доктор философии. кандидат инженеров-экологов в Университете Колорадо, который работает в NREL с 2017 года. «У нас есть более мелкие частицы, которые являются более липкими частицами, которые могут способствовать совершенно другому химическому составу поверхности модуля и различным загрязнениям. В пустыне не так много поверхностной химии вступает в игру».

Тот, которая развернула датчики загрязнения в Лос-Анджелесе, сказала, что ее исследование показало, что для эффективного удаления как мелких, так и крупнодисперсных твердых частиц необходимы различные методы очистки.

«То, что мы случайно увидели, глядя на состарившиеся молекулы под микроскопом, — сказала она, — это то, что через несколько лет у них просто появилось какое-то поверхностное загрязнение, которое мы просто не можем удалить, независимо от того, сколько мы его чистим.Чтобы удалить его, вам действительно нужно поцарапать стекло».

Женщина стоит рядом с массивом фотоэлектрических модулей в NREL.

Рассмотрено множество способов облегчить загрязнение

Доступна ограниченная информация о загрязнении по местоположению, в том числе на карте, подготовленной NREL. «Одна из самых больших вещей, которые мы пытаемся сделать сейчас, — это собрать данные и нанести их на карту», ​​— сказал Мюллер. «Нам предстоит долгий путь к этому».

Даже не имея дополнительной информации, производители пытаются сделать проблему загрязнения менее серьезной или, по крайней мере, более легкой для решения. Одним из возможных решений является покрытие поверхности солнечных панелей. Примером этой стратегии является гидрофобное покрытие, то есть оно отталкивает воду. Если панель находится под достаточно крутым углом, роса или дождь будут стекать по ее поверхности и смывать пыль. Но в установках, где угол панели почти горизонтален, это не сработает.

Статья в тему:  Кто строит солнечные панели

Роботы могут работать в некоторых областях. Автономные роботы, оснащенные вращающимися щетками, были задействованы на Ближнем Востоке, чтобы смахивать пыль с солнечных батарей.

«Если вы сметете пыль с этих панелей с достаточной скоростью, они останутся довольно чистыми, и вы не получите образование цемента», — сказал Симпсон. «Это требует, чтобы вы чистили их каждый день или через день или около того».

Не существует единого решения для очистки солнечных панелей. По словам Симпсона, в районах с высокой влажностью, как известно, растет грибок. «Этот грибок — живой организм, который прикрепляет пыль к панели, а сам гриб блокирует попадание света на панель. Грибок очень трудно вывести. Для этого требуются химикаты и довольно много очистки».

Решение проблемы загрязнения солнечных панелей может потребовать нескольких различных подходов, но исследователи обязались решить эту проблему.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x