Pył atmosferyczny jest jednym z kluczowych czynników wpływających na efektywność wytwarzania energii słonecznej. Zanieczyszczenie pyłem znacznie zmniejszy wytwarzanie energii w elektrowniach fotowoltaicznych, które szacuje się na co najmniej 5 procent rocznie. Jeśli globalna moc zainstalowana ma osiągnąć około 500 GW w 2020 r., roczna produkcja energii zostanie zmniejszona z powodu zapylenia. Straty gospodarcze spowodowane przez wolumen wyniosą nawet 5 miliardów dolarów. Wraz ze wzrostem zainstalowanej bazy elektrowni, ta strata będzie coraz poważniejsza – gdy globalna moc zainstalowana wyniesie około 1400 GW w 2030 r., straty ekonomiczne spowodowane przez pył mają wynieść nawet 13 miliardów dolarów.
01
efekt temperatury
Obecnie elektrownie fotowoltaiczne wykorzystują głównie moduły ogniw słonecznych na bazie krzemu {{0}}, które są bardzo wrażliwe na temperaturę. Wraz z gromadzeniem się kurzu na powierzchni modułów zwiększa się opór wymiany ciepła modułów fotowoltaicznych, które stają się warstwą izolacji cieplnej modułów fotowoltaicznych, wpływając na ich odprowadzanie ciepła. . Badania wykazały, że temperatura ogniwa słonecznego wzrasta o 1 stopień, a moc wyjściowa spada o około 0,5 procent. Ponadto, gdy moduł baterii jest wystawiony na działanie promieni słonecznych przez długi czas, zakryta część nagrzewa się znacznie szybciej niż część odkryta, co powoduje wypalenie ciemnych plam, gdy temperatura jest zbyt wysoka. W normalnych warunkach oświetlenia zacieniona część panelu zmieni się z jednostki generującej energię na jednostkę zużywającą energię, a zacienione ogniwo fotowoltaiczne stanie się rezystorem obciążającym, który nie generuje prądu, zużywając energię generowaną przez podłączony akumulator, który to generowanie ciepła, które jest efektem gorącego punktu. Proces ten pogorszy starzenie się panelu akumulatora, zmniejszy moc wyjściową i spowoduje wypalenie komponentów w ciężkich przypadkach.
02
efekt okluzji
Pył osadza się na powierzchni panelu akumulatora, który blokuje, pochłania i odbija światło, z których najważniejszą jest blokowanie światła. Efekt odbicia, pochłaniania i cieniowania cząstek kurzu na światło wpływa na pochłanianie światła przez panele fotowoltaiczne, wpływając tym samym na sprawność wytwarzania energii fotowoltaicznej. Kurz osadzający się na powierzchni-odbiorczej elementów panelu najpierw zmniejszy przepuszczalność światła przez powierzchnię panelu; po drugie, zmieni się kąt padania światła, powodując nierównomierne rozchodzenie się światła w szklanej pokrywie. Badania wykazały, że w tych samych warunkach moc wyjściowa czystych elementów panelu jest co najmniej o 5 procent wyższa niż w przypadku modułów zanieczyszczających, a im większa ilość zabrudzeń, tym większy spadek wydajności wyjściowej modułu.
03
Efekty korozji
Powierzchnia paneli fotowoltaicznych jest w większości wykonana ze szkła, a głównymi składnikami szkła są krzemionka i wapień. Gdy do powierzchni szklanej osłony przyczepi się wilgotny kwaśny lub zasadowy pył, elementy osłony szklanej mogą reagować z kwasami lub zasadami. W miarę wydłużenia czasu pracy szkła w środowisku kwaśnym lub zasadowym, powierzchnia szkła będzie powoli ulegała erozji, co powoduje powstawanie wgłębień i wgłębień na powierzchni, co skutkuje rozproszonym odbiciem światła na powierzchni nakładki, a jednolitość propagacji w szkle zostaje zniszczona. , im bardziej szorstka nakładka modułu fotowoltaicznego, tym mniejsza energia załamanego światła, a rzeczywista energia docierająca do powierzchni ogniwa fotowoltaicznego maleje, co skutkuje spadkiem wytwarzania energii przez ogniwo fotowoltaiczne. A szorstkie, lepkie powierzchnie z pozostałościami kleju mają tendencję do gromadzenia większej ilości kurzu niż gładsze powierzchnie. Co więcej, sam kurz również będzie przyciągał kurz. Gdy pojawi się początkowy pył, doprowadzi to do większego gromadzenia się pyłu i przyspieszy tłumienie wytwarzania energii z ogniw fotowoltaicznych.
04
Analiza teoretyczna czyszczenia kurzu
Szklana powierzchnia modułów fotowoltaicznych umieszczonych na zewnątrz może zatrzymywać i gromadzić cząsteczki kurzu, tworząc osłonę przeciwpyłową, która blokuje przedostawanie się światła do ogniw. Grawitacja, siły van der Waalsa i siły pola elektrostatycznego przyczyniają się do gromadzenia się pyłu. Cząsteczki kurzu nie tylko silnie oddziałują z powierzchnią szkła fotowoltaicznego, ale także oddziałują ze sobą. Czyszczenie kurzu polega na usunięciu kurzu z powierzchni panelu. Aby usunąć kurz z powierzchni płyty akumulatora, konieczne jest pokonanie przyczepności między kurzem a płytą akumulatora. Pył na płycie akumulatora ma określoną grubość. Podczas czyszczenia na warstwę kurzu można przyłożyć obciążenie równoległe, obciążenie pod pewnym kątem (lub pionowo) do płyty akumulatora lub obrotowy moment obrotowy, aby zniszczyć przyczepność między kurzem a płytą akumulatora. Działa addytywnie, dzięki czemu usuwa kurz.
q – obciążenie równoległe do płyty akumulatora; F — obciążenie pod pewnym kątem lub prostopadle do płyty akumulatora; M – moment obrotowy przyłożony do warstwy pyłu
W celu usunięcia cząstek kurzu konieczne jest pokonanie stycznej siły adhezji i normalnej siły adhezji cząstek kurzu. Normalna siła adhezji to siła adhezji między cząsteczkami kurzu a płytą akumulatora, a styczna siła adhezji jest stosunkowo niewielka i generalnie można ją zignorować. . Jeśli kurz jest usuwany z kierunku pionowego, konieczne jest jedynie pokonanie normalnej siły adhezji, takiej jak czyszczenie wodą, proces zwilżania cząstek kurzu, głównie w celu pokonania normalnej siły adhezji. Gdy woda jest czyszczona, odległość międzycząsteczkowa jest głównie zwiększana, co zmniejsza przyciąganie van der Waalsa i wytwarza wyporność oraz pokonuje siłę van der Waalsa i siłę grawitacji siły adhezji cząstek kurzu. Dodanie środka powierzchniowo czynnego do wody wzmacnia efekt, a także generuje silną siłę elektrostatyczną, która usuwa kurz z paneli. Siła przylegania stycznego musi być również pokonana, gdy cząsteczki kurzu poruszają się względem płyty akumulatora.