ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина IX, брой 6, 2017

Почистване на фотоволтаични панели за повишаване на ефективността

Почистване на фотоволтаични панели за повишаване на ефективността

Блокирането на слънчевата светлина към фотоволтаичните панели намалява ефективността на системите. Причина за това може да бъде прахът върху повърхността им или други фактори като дървесни сокове и листа, мъх, птичи изпражнения, бръмбари, екологични замърсители и др., в резултат на което се намалява количеството на произведената електроенергия. В действителност, дифузният прахов слой може да доведе до намаление на соларното поглъщане с 5%, докато в райони с по-големи замърсявания ефективността може да намалее с 15-20%. За сравнение, при облачно време соларното поглъщане намалява с 50%. Затова трябва да се извършва почистване на фотоволтаичните панели, за да работят при максимална ефективност. Необходимо е цената за това почистване да бъде известна предварително с оглед на правилно планиране на разходите. Почистването на фотоволтаичните панели може да се осъществява машинно или ръчно. Използват се и специални самопочистващи се покрития, които се нанасят върху повърхността на панелите.

Валежите от дъжд също могат да помогнат за почистването на фотоволтаичните панели в определени географски райони. Установено е, че ако валят средно силни дъждове през интервали от 12 дни или по-често, фотоволтаичните панели биха произвели с до 3% по-малко електроенергия поради замърсяване на техните повърхности. Разбира се, тези загуби зависят от чистотата на въздуха и съдържащите се в него прахови и други частици, които се натрупват върху повърхностите на панелите. Дори дъждовната вода да е чиста и да е на регулярни интервали, обаче, 3%-ното намаление на производствения капацитет не би удовлетворило собствениците на фотоволтаични системи, които се стремят към максимална ефективност на своите инсталации. Затова е необходимо да се използват различни начини за почистване.

Автоматизирани почистващи системи
SolarWash на компанията OCS Energy Inc. представлява автоматизирано решение с компютърно управление за увеличаване на ефективността и максимизиране на производството на електроенергия от фотоволтаични системи. SolarWash извършва автоматично премахване на замърсяванията от разстояние по един устойчив начин като не използва химикали и осигурява възстановяване и повторно използване на водата от процеса на почистване чрез специална филтрираща система. Така се осигурява повишено производство на електроенергия и се намалява периодът за възвращаемост на инвестициите във фотоволтаичните инсталации. SolarWash се прикрепва директно към група от фотоволтаични панели и се управлява от микропроцесор, предоставяйки на операторите ключово почистващо решение без да има необходимост от ръчно измиване на всеки панел. Системата SolarWash предоставя едно завършено решение за почистване, включващо неизискващи поддръжка дюзи, уеб-базиран интерфейс и програмируем логически контролер (PLC). На операторите на големи фотоволтаични системи се дава възможност да управляват ефективно своите ресурси, измивайки панелите без да има нужда от специализиран поддържащ персонал.

Освен това, се избягват сериозните аспекти за електро и пожаробезопасност при ръчното измиване на фотоволтаичните системи с вода и химикали, което е свързано с големи рискове, ако не се спазват електрическите стандарти и противопожарните изисквания. Изчисленията показват, че почистващата система SolarWash е рентабилна и може да се изплати за срок от три до пет години в случай, че намалението на произвежданата електроенергия поради замърсяване на фотоволтаичните панели е 5% и повече. SolarWash е особено подходяща за мулти-мегаватови фотоволтаични електрически централи, като може да се извършват дори ежеседмични вместо ежемесечни почиствания или такива на три или шест месеца. По този начин може да се подобри значително ефективността на производство на електрическа енергия.

Компанията Heliotex предлага друга автоматична почистваща система за фотоволтаични панели, която се конфигурира според изискванията на потребителите и вида на замърсяванията. Колкото по-чисти са фотоволтаичните панели, толкова по-ефективна е работата на системата. Избягват се рискованите качвания на покривите, както и евентуални проблеми при използване на повдигателни съоръжения. Почистващата система на Heliotex е напълно автоматична и работи през тъмната част на денонощието, когато фотоволтаичните панели не произвеждат електроенергия и са студени. Така се предотвратява евентуалното им повреждане и се осигурява възможност за по-добро действие на измиващите препарати върху натрупания прах и другите замърсители. Разработен е и цикъл за изплакване след кратък период от време след измиването, който премахва третираните от концентрата прах и замърсители.

Системата на Heliotex е оборудвана с автоматичен контролер, чрез който се извършва независимо програмиране на циклите за измиване и изплакване за максимизиране производството на електроенергия. При необходимост могат да се добавят и допълнителни цикли, в зависимост от климатичните условия и степента на замърсяване. Системата използва биоразграждащи се почистващи концентрати. Друго нейно преимущество е увеличеното производство на електроенергия през целия експлоатационен период на фотоволтаичните панели. Съответно, може да се намали броят на панелите, тъй като, осигурявайте навременното им почистване, те могат да бъдат максимално използвани. В тази връзка се минимизира необходимостта от инсталиране на допълнителни панели вследствие на загуби, поради неизвършване на почистване.

Автоматичната система за почистване на фотоволтаични панели от Heliotex се характеризира с надеждни скрепителни елементи и осигурява надеждни мерки против кражби. Освен това, системата може да се инсталира на покрива, на земята или върху фотоволтаични навеси за автомобилни паркинги. Периодичните проверки и поддръжка, които трябва да се извършват, включват допълване на резервоара с концентрат, смяна на утаечния филтър, проверки за течове, правилни настройки на автоматичния контролер и качеството на почистване и др. При по-големите системи с голям брой фотоволтаични панели или там, където има натрупване на повече замърсявания, може да се изисква извършване на по-чести проверки. Препоръчително е да се осъществява постоянен мониторинг на производството на соларна електроенергия и в случай на намаляването й да се планира почистване на фотоволтаичните панели.

Ръчни почистващи системи
Разгледаните по-горе автоматизирани почистващи системи са подходящи за големи фотоволтаични инсталации с търговско предназначение. Други продукти, които са с приложение по-скоро за жилижни сгради, са ръчните почистващи системи. Почистващата система ProCurve Solar осигурява по-бързо, по-безопасно и по-лесно почистване в сравнение с традиционните методи. По същество тя се състои от ръчна четка с удължаема дръжка и гумена миячка (т.н. „скуиджи"). Телескопичният прът има уникална извивка на плъзгащата се тръба, което позволява да се контролира ъгълът на почистващите приспособления, за да се достигнат площи, които иначе не биха били достъпни със стандартен телескоп. Почистващите приспособления се състоят от измиващи ръкави от висококачествена акрилна микрофибърна тъкан, която не надрасква повърхностите на фотоволтаичните панели, но е достатъчно здрава, за да отстрани твърдите частици от тях. Измиващите ръкави се предлагат с ширини 45cm и 56cm. Те се прикрепват към здрави и леки, взаимозаменяеми пластмасови носачи. Носачът, от своя страна се закрепва към телескопичния прът с помощта на специална дръжка, която се върти свободно. Системата се свързва към маркуч и се доставя чиста вода там, където трябва да се извърши почистването. Монтиран е спирателен вентил за регулиране и управление на водния поток. Комплектите ProCurve Solar са налични в две версии. Едната от тях е за работа на разстояние до 4m, а другата – до 7m. По-дълги телескопични пръти могат да се доставят отделно по заявка. Използването на тази почистваща система не генерира въглеродни емисии и осигурява икономично използване на водата. Задължително е, обаче, да се спазват стриктни мерки за електробезопасност при почистване, тъй като комбинацията вода–електричество може да представлява сериозна опасност от електрически удар. Винаги преди започване на работа трябва да се извършват проверки на стъклените повърхности на фотоволтаичните панели за оголени електрически проводници или пукнатини. Проверяват се и задните повърхности на панелите за пробиви или други повреди. По време на почистване трябва да се носят индивидуални защитни средства за защита–диелектрични ръкавици. Необходимо е и да се проявява особено внимание при работа по покриви и на други места, които са на височина. Местата, от които работят операторите на ProCurve Solar, могат да се намокрят и да станат хлъзгави, което също крие потенциален риск.

При почистване е препоръчително да не се използва сапун и „твърда“ вода (вода с високо минерално съдържание), което може да доведе до образуването на отлагания върху панелите. Ако се изисква химическо почистване, препаратът, който се използва, не трябва да поврежда рамката и скрепителните елементи. Такова почистване, също така, отнема време, не е евтино и може да доведе до замърсяване на околната среда. Независимо от това каква система се използва за почистване на фотоволтаичните панели, необходимо е да бъде осигурен механизъм или процес, при който да бъде избегнато надраскването на стъклото на панела, както и стъпването върху него, докато бъде почистван.

Самопочистващи се нанохидрофобни покрития
За да се поддържа висока ефективност на фотоволтаичните панели, препоръчително е те да се почистват през няколко седмици, което е особено трудно за големи групи от панели , ако се извършва ръчно. Една нова технология за разрешаване на този проблем е разработеният самопочистващ нанохидрофобен материал, който покрива фотоволтаичния панел и поддържа високата му ефективност за дълги периоди от време. Самото покритие е много здраво, тъй като се осъществява реално ковалентно свързване към повърхността на панела, създаващо силна химична връзка. Това е голямо предимство пред спрейните покрития, чиито характеристики се влошават с времето. Принципът на хидрофобното покритие е, че слоят образува бариера, така че водата се акумулира на повърхността с почти сферична форма, но не може да прилепне към повърхността, поради наличието на тази бариера. Това означава, че когато третираната повърхност се наклони, водните сфери се изтъркулват от повърхността. Уникалното в този случай е, че нанопокритието е много тънко – около 8nm, в сравнение с нормалните хидрофобни покрития, чиято дебелина е няколко микрона. Нанопокритието е толкова тънко, че не разсейва светлината, и следователно, не пречи на работата на фотоволтаичния панел.

Водата е една от основните причини за замърсяването на фотоволтаичните панели. Дъждът и кондензът се разполагат в микровдлъбнатините на огледалната повърхност, където привличат твърди примеси от атмосферата. Водата се изпарява бързо, оставяйки замърсена утайка, която се премахва трудно. Приложеният нанохидрофобен слой запълва тези микровдлъбнатини и създава гладка стъклена повърхност, която не задържа водата. От своя страна, водата събира и отнася праха и замърсяванията като по този начин се извършва естествено почистване на фотоволтаичния панел. Резултатите от тестването на този нанохидрофобен материал показват, че той отблъсква както прясна, така и солена вода, и може да се използва и при морски климат. Продуктът, наречен „Самопочистващо хидрофобно покритие“ (SCHN107TM), е лицензиран от американската компания C-Voltaics Inc., работеща съвместно с учени от Университета в Хюстън, щата Тексас. Освен хидрофобни свойства, този материал притежава и антикорозионни характеристики.

Компанията от Великобритания nanoShell е специализирана в производството на защитни покрития по нанотехнология. Един от нейните продукти, nanoShell Solar PV с хидрофобни и самопочистващи характеристики, е предназначен за фотоволтаични и термосоларни панели. Това покритие не позволява залепването на прах и птичи изпражнения върху панелите като ги поддържа чисти, повишавайки тяхната ефективност и осигурявайки максимално производство на електроенергия. Хидрофобните свойства на покритието отблъскват водата по-бързо от обичайно използваните хидрофилни самопочистващи средства без образуване на покритие. Това прави фотоволтаичните панели, третирани с nanoShell Solar PV, по-ефикасни при лошо време, съпроводено с валежи и бури. Продуктът е течен, без цвят, студоустойчив, като може да се използва при температури от -25°C до +80°C. Честотата за извършване на почистване се намалява значително, спестявайки енергия, време и средства. nanoShell Solar PV се прилага лесно, вкл. и когато слънцето грее, поддържа фотоволтаичния панел чист за по-дълго време и е устойчив на морски климат. Други предимства са намаляване растежа на микроорганизми и бактерии, както и предотвратяване залепването на дървесни сокове и листа върху фотоволтаичните повърхности. Инвестицията за това хидрофобно самопочистващо се нанопокритие може да се възвърне до една година.

Роботизирана технология за почистване
Калифорнийската соларна компания SunPower съобщава в началото на ноември 2013 г. за придобиването на Greenbotics Inc. - компания, разработила роботизирана технология за почистване на соларни панели на големи соларни електрически централи, монтирани на земята. През последните две години иновативните CleanFleet роботи на Greenbotics Inc. са постигнали впечатляващи резултати, осигурявайки високоефективна работа на соларните електрически централи и икономично използване на водата за почистване.На роботите е необходима само половин чаша вода за почистване на един соларен панел, като консумацията на вода е намалена средно с 90% в сравнение с традиционните методи за почистване. Всеки робот може да бъде конфигуриран да почиства разнообразни соларни панели, включително наклонени със следяща система по една ос, при топли, сухи и прашни пустинни условия, където водните ресурси са ограничени. Роботите „почистват“ през нощта, за да не се влошава ефективността на панелите. Greenbotics Inc. предлага оптимално решение за максимална ефективност на соларните панели като увеличението на произведената електроенергия за една година при тези климатични условия може да достигне до 15%.

Почистването на фотоволтаичните панели е от голяма важност не само за повишаване на ефективността при производство на соларна електроенергия, но и за удължаване на експлоатационния период на панелите. В близко бъдеще ще бъде разработен метод за почистване чрез използване на електростатични заряди, които придвижват праха към краищата на панелите. Този метод вече е тестван в марсоходите на Марс и се очаква да стане хит на пазара на соларни системи.