Съдържание:

Учени, изучаващи слънчева енергия, се опитват да решат прашен проблем
Учени, изучаващи слънчева енергия, се опитват да решат прашен проблем

Видео: Учени, изучаващи слънчева енергия, се опитват да решат прашен проблем

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
Видео: Слънчева енергия 2023, Февруари
Anonim

Слоят прах и прашец, който се утаява върху предното стъкло на автомобила ви, се отстранява лесно с завъртане на лоста, който активира чистачките и водата. Премахването на този слой от слънчев панел - особено неудобно разположен от който и да е източник на влага - изисква значително повече работа.

Натрупването на прах, сажди или други частици причинява спад в ефективността на фотоволтаичните (PV) панели, което води до намаляване на количеството произведена енергия и загуба на доход за техните оператори. Но почистването на тези слънчеви панели също носи разходи.

Текущите изследвания в Националната лаборатория за възобновяеми енергийни източници (NREL) на проблема с PV „замърсяването“продължават да работят за възможни решения, включително патентована технология за справяне с проблема и предоставяне на карта къде замърсяването поставя най-големите проблеми.

Зацапване на проблем от самото начало

Откакто слънчевата енергия стана широко приета преди десетилетия, учените се трудиха да подобрят ефективността на фотоволтаичните панели и да намалят разходите за производство на електричество от слънцето. Това бяха големите задачи. Сега, тъй като слънчевата енергия осигурява нарастващ процент от енергийните нужди на страната на ниска цена, изследователите се насочиха към вторични проблеми с технологията.

„Успяхме“, каза Матю Мюлер, инженер в NREL, който е специализиран в надеждността и производителността на PV. „Solar се разгръща, но ние губим енергия, защото слънчевата се разгръща в прашни места.“

Енергията, загубена годишно от замърсяване, възлиза на около 7% в части от САЩ до 50% в Близкия изток.

Дъждът и вятърът могат да бъдат достатъчни, за да измият малко прах от фотоволтаичните панели, каза Лин Симпсън, който служи заедно с Мюлер като главен изследовател в NREL за финансирани от Министерството на енергетиката $ 6 милиона изследователски усилия за замърсяване от 2016 до 2019 г. тъй като фотоволтаичните панели се охлаждат през нощта и привличат сутрешната роса, прахът може да премине през процес, наречен циментация. Замърсяването буквално се циментира върху панела.

„В зависимост от това в коя зона се намирате, можете да имате различни минерали, които се отлагат като прах върху повърхностите“, каза Симпсън, старши учен. „След като премине през процеса на циментиране, може да стане много по-трудно да се премахне там, където дори силен дъжд няма да го премахне.“

Еднократното почистване на 10-мегаватова слънчева ферма - което осигурява достатъчно електроенергия за захранване на 2000 домове за един ден - може да струва около 5 000 долара. Симпсън каза в някои райони, като Централната долина в Калифорния, където вдигнете достатъчно високо и дъждът е достатъчно нисък”, има икономически смисъл да се почистват панелите повече от веднъж годишно.

Отговори, необходими за изтриване на несигурността

Първоначално слънчевите панели са проектирани да издържат от 25 до 30 години. Технологичните подобрения могат да удължат живота им до 50 години. Инвестирането в слънчева енергия - особено в голямо съоръжение с голям мащаб - изисква изучаване на фактори като колко енергия ще бъде произведена и за колко може да бъде продадена. Тази информация позволява на компаниите да определят възвръщаемостта на инвестициите си.

Един от факторите, който трябва да се вземе предвид, е количеството замърсяване, което сайтът се очаква да преживее, но никой не може да предвиди точно това. „Все още не сме там“, каза Майкъл Дегли, щатен учен от NREL, който работи върху PV замърсяване. „Слънчевите панели се замърсяват и това е значителна несигурност за тяхната енергия във времето. И с несигурността идва рискът за хората, които притежават активите, тъй като те зависят от това да правят енергия и защитават инвестициите си. Индустрията ще се възползва от по-доброто количествено определяне на този риск на различни обекти и с различни фактори."

Засега операторите на соларни ферми с голям обем научават от опит колко често панелите се нуждаят от почистване и могат да измерват колко енергия биха загубили спрямо колко струва почистването им, каза той. „Хората по-скоро биха знаели какво ще загубят с годините, отколкото да бъде тотално неизвестно, защото тотално неизвестно е риск.“

Патент, издаден миналото лято на Мюлер и изследователи в Испания, обхваща възможно решение. Сензор може да бъде прикрепен към стъклото пред слънчева клетка и чрез осветяване на светодиод през него да се измери количеството замърсяване. Измерването идва от сравняването на загубите при пропускане през стъклото спрямо прозрачното референтно стъкло. Технологията се нарича „DUSST“, което означава единица детектор за замърсяване на спектралната пропускливост.

Симпсън каза, че учените от NREL също разработват начин за извличане на информация от фотоволтаични модули, за да помогнат с проблема с замърсяването. Чрез проверка на количеството електричество, произвеждано ежедневно, те биха търсили „определени подписи, че е настъпило значително количество замърсяване. Това би било полезно, за да можете да кажете на оператора, че губите X количество енергия и вероятно трябва да погледнете почистването скоро."

Алтернативата е създаването на станция за замърсяване. Сензор, инсталиран на фотоволтаичен панел, се почиства редовно, докато друг може да се замърси. Сравнението между двете дава оценка за замърсяване. Deceglie посочва недостатък при използването на сензори: „Ако имате голям масив, различните части на масива може да се замърсяват по различен начин. Сензорът никога няма да улови какво се случва с целия голям масив."

Deceglie и Muller са помогнали за разработването на алгоритми, които позволяват по-точни оценки на замърсяването. Те първо разработиха алгоритъма Stochastic Rate and Recovery (SRR), а наскоро Deceglie работи с гостуващия изследовател Åsmund Skomedal, за да разработи комбинирания метод за деградация и замърсяване (или CODS), който позволява на потребителите едновременно да оценят както замърсяването, така и естественото разграждане на PV панелите. И двата алгоритма използват данни за производство на енергия от фотоволтаични системи. NREL прави SRR и CODS безплатно достъпни като част от RdTools (с включването на CODS, които все още се разработват).

Свързването на SRR или CODS с информация от замърсяваща станция трябва да осигури най-пълната картина, каза Deceglie. „Аз лично съм развълнуван от двата източника на данни заедно, за да можем да изиграем силните страни на всеки, за да можем да получим наистина добра представа за случващото се на даден сайт.“

Изображение
Изображение

Градската среда получава поглед отблизо

Изследването на Сара Тот за замърсяване достига по-близо до дома, докато изследва връзката между замърсяването на въздуха и замърсяването, особено в градските райони. Тот постави два евтини силиконови сензора в индустриална зона на три мили от центъра на Денвър. Един сензор автоматично се почиства ежедневно; другата, никога не почиствана. В края на едногодишния експеримент Тот установява, че тя може точно да моделира съотношението на замърсяване въз основа само на натрупаните частици и валежите. Тя също така открива, че дъждът може естествено да отмие повечето частици от курса, но не и фините, които обикновено се придържат към повърхността.

„Причината, поради която концентрирам изследванията си върху тези градски среди, е, че съставът на замърсяванията е напълно различен“, каза доктор Тот. кандидат по екологично инженерство в Университета на Колорадо, който работи в NREL от 2017 г. „Имаме повече фини частици, които са тези по-лепкави частици, които биха могли да допринесат за много по-различна повърхностна химия на модула и различно замърсяване. В пустинята нямате толкова голяма част от повърхностната химия да влезе в игра."

Тот, която е разположила сензори за замърсяване в Лос Анджелис, заяви, че нейното изследване показва, че са необходими различни почистващи процедури за ефективно премахване на фини частици и частици.

„Това, което видяхме анекдотично, като разгледахме остарелите молекули под микроскоп - каза тя, - е, че след няколко години те просто имат някакво повърхностно замърсяване, което просто не можем да отстраним, независимо колко го търкаме. За да го премахнете, всъщност трябва да надраскате стъклото."

Жена стои до PV масив в NREL
Жена стои до PV масив в NREL

Изследователят на NREL Сара Тот стои до система за проследяване на PV в NREL. Както всяка PV система, те привличат прах. Toth е разработил сензори за измерване на съотношението на замърсяване в реално време и е инсталирал някои в Лос Анджелис. Снимка от Денис Шрьодер, NREL

Много начини, обмислени за облекчаване на замърсяването

Налична е ограничена информация за замърсяване по местоположение, включително на карта, изготвена от NREL. „Едно от най-големите неща, които се опитваме да направим, за да помогнем сега, е, че се опитваме да съберем данни и да ги поставим на карта“, каза Мюлер. „Предстои ни дълъг път по този въпрос.“

Дори и без повече информация, производителите се опитват да направят замърсяването по-малко проблем - или поне по-лесно за справяне. Едно от възможните решения е покритие върху повърхността на слънчевите панели. Пример за тази стратегия е хидрофобното покритие, което означава, че отблъсква водата. Ако панелът е под достатъчно стръмен ъгъл, роса или дъжд ще се стичат по повърхността му и ще отмият праха. Но в инсталации, където ъгълът на панела е почти хоризонтален, това няма да работи.

Роботите може да работят в някои области. Автономните роботи, оборудвани с въртящи се четки, са пуснати в действие в Близкия изток, за да премахнат праха от слънчевите панели.

„Ако изтриете праха от тези панели с достатъчна скорост, това ще ги поддържа доста чисти и няма да се образува циментация“, каза Симпсън. „Това изисква да ги почиствате всеки ден или през ден или така.“

Не съществува едно-единствено решение за почистване на слънчеви панели. В райони с висока влажност, каза Симпсън, е известно, че гъбите растат. „Тази гъба е жив организъм, който закрепва праха към панела, а самата гъба блокира проникването на светлина до панела. Гъбичките са много трудни за слизане. Необходими са химикали и доста търкане."

Решението за замърсяване на слънчеви панели може да изисква няколко различни подхода, но това е проблем, който изследователите са обещали да разрешат.

-Уейн Хикс

Популярни по теми