Atmosferska prašina jedan je od ključnih čimbenika koji utječu na učinkovitost proizvodnje solarne energije. Zagađenje prašinom uvelike će smanjiti proizvodnju energije fotonaponskih elektrana, za koje se procjenjuje da će iznositi najmanje 5% godišnje. Ako se očekuje da će globalni instalirani kapacitet doseći oko 500 GW u 2020. godini, godišnja proizvodnja energije bit će smanjena zbog prašine. Ekonomski gubitak uzrokovan obujmom iznosit će čak 5 milijardi američkih dolara. Kako instalirana baza elektrana nastavlja rasti, taj će gubitak postati ozbiljniji - kada globalni instalirani kapacitet bude oko 1400 GW 2030. godine, očekuje se da će ekonomski gubitak uzrokovan prašinom iznositi čak 13 milijardi američkih dolara.
01
temperaturni učinak
Trenutno fotonaponske elektrane uglavnom koriste module solarnih ćelija na bazi silicija, koji su vrlo osjetljivi na temperaturu. Nakupljanjem prašine na površini modula povećava se otpornost na prijenos topline fotonaponskih modula i oni postaju sloj toplinske izolacije na fotonaponskim modulima, što utječe na njihovo odvođenje topline. . Istraživanja su pokazala da temperatura solarnih ćelija raste za 1 °C, a izlazna snaga se smanjuje za oko 0,5%. Osim toga, kada je modul baterije dugo izložen sunčevoj svjetlosti, pokriveni dio se zagrijava mnogo brže od nepokrivenog dijela, što rezultira spaljenim tamnim mrljama kada je temperatura previsoka. U normalnim uvjetima osvjetljenja, zasjenjeni dio ploče promijenit će se iz jedinice za proizvodnju energije u jedinicu potrošnje energije, a zasjenjena fotonaponska ćelija postat će otpornik opterećenja koji ne proizvodi električnu energiju, trošeći snagu koju proizvodi priključena baterija, odnosno generirajući toplinu, što je efekt vruće točke. Ovaj proces će pogoršati starenje ploče baterije, smanjiti izlaz i uzrokovati da komponente izgore u teškim slučajevima.
02
efekt okluzije
Prašina se prianja na površinu ploče baterije, koja će blokirati, apsorbirati i reflektirati svjetlost, od kojih je najvažnije blokiranje svjetla. Učinak refleksije, apsorpcije i sjenčanja čestica prašine na svjetlost utječe na apsorpciju svjetlosti fotonaponskim pločama, što utječe na učinkovitost fotonaponske proizvodnje energije. Prašina koja se taloži na površini koja prima svjetlost komponenti ploče prvo će smanjiti propusnost svjetlosti površine ploče; drugo, kut incidenta nekog svjetla će se promijeniti, uzrokujući neravnomjerno širenje svjetla u staklenom poklopcu. Istraživanja su pokazala da je pod istim uvjetima izlazna snaga komponenti čiste ploče najmanje 5% veća od snage modula za onečišćenje, a što je veća količina onečišćenja, to je veći pad izlaznih performansi modula.
03
Učinci korozije
Površina fotonaponskih panela uglavnom je izrađena od stakla, a glavne komponente stakla su silicijev dioksid i vapnenac. Kada se mokra kisela ili alkalna prašina pričvrsti na površinu staklenog pokrova, komponente staklenog pokrova mogu reagirati kiselinom ili alkalijama. Kako se vrijeme stakla u kiselom ili alkalnom okruženju povećava, površina stakla će se polako erodirati, što će rezultirati stvaranjem jama i jama na površini, što rezultira difuznim refleksijom svjetlosti na površini pokrovne ploče, a ujednačenost širenja u staklu je uništena. , što je temeljnija pokrovna ploča fotonaponskog modula, manja je energija prelomljene svjetlosti, a stvarna energija koja dopire do površine fotonaponske ćelije se smanjuje, što rezultira smanjenjem stvaranja energije fotonaponske ćelije. A grube, ljepljive površine s ljepljivim ostacima imaju tendenciju nakupljanja više prašine nego glatkih površina. Štoviše, sama prašina također će privući prašinu. Nakon što početna prašina postoji, to će dovesti do većeg nakupljanja prašine i ubrzati slabljenje proizvodnje fotonaponske energije stanica.
04
Teorijska analiza čišćenja prašine
Staklena površina fotonaponskih modula postavljenih na otvorenom može zarobiti i akumulirati čestice prašine, tvoreći poklopac prašine koji blokira ulazak svjetlosti u ćelije. Gravitacija, van der Waalsove sile i elektrostatičke terenske sile doprinose nakupljanju prašine. Čestice prašine ne samo da snažno djeluju s površinom fotonaponskog stakla, već i međusobno djeluju. Za čišćenje prašine treba ukloniti prašinu s površine ploče. Da biste uklonili prašinu na površini ploče baterije, potrebno je prevladati prianjanje između prašine i ploče baterije. Prašina na ploči baterije ima određenu debljinu. Prilikom čišćenja na sloj prašine može se nanijeti paralelno opterećenje, opterećenje pod određenim kutom (ili okomito) na ploču baterije ili rotirajući okretni moment kako bi se uništilo prianjanje između prašine i ploče baterije. Aditivni učinak, čime se uklanja prašina.
q – opterećenje paralelno s pločom baterije; F – opterećenje pod određenim kutom ili okomito na ploču baterije; M – rotacijski trenutak primijenjen na sloj prašine
Za uklanjanje čestica prašine potrebno je prevladati tangencijsku silu prianjanja i normalnu silu prianjanja čestica prašine. Normalna sila prianjanja je sila prianjanja između čestica prašine i ploče baterije, a tangencijalna sila prianjanja relativno je mala i općenito se može zanemariti. . Ako se prašina ukloni iz vertikalnog smjera, potrebno je samo prevladati normalnu silu prianjanja, kao što je čišćenje vodom, proces vlaženja čestica prašine, uglavnom kako bi se prevladala normalna sila prianjanja. Kada se voda očisti, intermolekularna udaljenost se uglavnom povećava, što smanjuje privlačnost van der Waalsa i proizvodi uzgon, te nadilazi van der Waalsovu silu i težinu prianjajuće sile čestica prašine. Dodavanje površinski aktivne tvari u vodu čini učinak izraženijim, a također stvara jaku elektrostatičku silu koja uklanja prašinu s panela. Sila tangencijalnog prianjanja također se mora prevladati kada se čestice prašine pomiču u odnosu na ploču baterije.