Снижение генерации электрической энергии солнечными модулями в условиях запыленности местности

Цель – провести анализ производительности солнечных модулей в зависимости от климатических характеристик местности, химических и электрофизических свойств пыли; исследовать влияние загрязнения поверхности фотоэлектрических модулей на генерацию электрической энергии и определить срок покрытия поверхностей пылью до критического значения по снижению выработки энергии. Эксперимент проводился в апреле 2022 года в двух регионах: Республике Таджикистан и Челябинской области Российской Федерации. При исследованиях были проанализированы работы ученых разных стран по влиянию загрязнения на генерацию модулей, проведены сравнительные натурные эксперименты по производительности солнечных модулей и их корреляция с метеорологическими данными регионов. Установлено, что концентрация пыли в Челябинской области составляет 12–19 мг/м3, что значительно меньше, чем в Таджикистане, но из-за мелкодисперсной структуры ее сложнее удалять с поверхности. Результаты экспериментов показали, что в Республике Таджикистан мощность запыленного модуля за первую декаду апреля (начало пылевых бурь) снизилась на 46,64% относительно заявленной производителем номинальной мощности солнечного модуля. Для условий г. Челябинск – крупного промышленного центра – выработка электроэнергии модулями за этот же период снизилась в среднем на 7,1%. Это свидетельствует об актуальности проблемы защиты фотоэлектрических модулей, которую необходимо решать для поддержания генерации электроэнергии в номинальных режимах в данном регионе. Установлено, что периодичность очистки для сохранения параметров модулей без специальных устройств защиты от загрязнений должна быть в среднем не реже одного раза в неделю для обоих регионов. Предложено устройство, предотвращающее запыление поверхности модулей на основе электронно-ионной технологии и использование голографической пленки, защищающей модули не только от пылевых загрязнений, но и от действия инфракрасных лучей. Данные устройства являются предметом дальнейших работ по их усовершенствованию.

1. Hussain A., Batra A., Pachauri R. An experimental study on effect of dust on power loss in solar photovoltaic module // Renewables. 2017. Vol. 4. Iss. 9. https://doi.org/10.1186/s40807-017-0043-y.

2. Zarei T., Abdolzadeh M., Yaghoub M. Comparing the impact of climate on dust accumulation and power generation of PV modules: a comprehensive review // Energy for Sustainable Development. 2022. Vol. 66. P. 238–270. https://doi.org/10.1016/j.esd.2021.12.005.

3. Goudie A.S. Dust storms: recent developments // Journal of Environmental Management. 2009. Vol. 90. Iss. 1. P. 89–94. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2008.07.007.

4. Goudie A.S. Desert dust and human health disorders // Environment International. 2014. Vol. 63. P. 101–113. https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.10.011.

5. Sarver T., Al-Qaraghuli A., Kazmerski L.L. A comprehensive review of impact of dust on the use of solar energy: history, investigations, results, literature and mitigation approaches // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013. Vol. 22. P. 698–733. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.12.065.

6. Kumar S., Chaurasia P.B.L. Experimental study on the effect of dust deposition on solar photovoltaic panel in Jaipur (Rajasthan) // International Journal of Science and Research. 2014. Vol. 3. Iss. 6. P. 1690–1693.

7. Adinoyi M.J., Said S.A.M. Effect of dust accumulation on the power outputs of solar photovoltaic modules // Renewable Energy. 2013. Vol. 60. P. 633–636. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.06.014.

8. Rajput D.S., Sudhakar K. Effect of dust on performance of solar PV panel // International Journal of ChemTech Research. 2013. Vol. 5. Iss. 2. P. 1083–1086.

9. Darwish Z.A., Kazem H.A., Sopian K., Alghoul M.A., Chaichan M.T. Impact of some environmental variables with dust on solar photovoltaic (PV) performance: review and research status // International Journal of Energy and Environment. 2013. Vol. 7. Iss. 4. P. 152–159.

10. Mani M., Pillai R. Impact of dust on solar photovoltaic (PV) performance: research status, challenges and recommendations // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. Vol. 14. Iss. 9. P. 3124–3131. https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.07.065.

11. Elminir H.K. Effect of dust on the transparent cover of solar collectors // Energy Conversion and Management. 2006. Vol. 47. Iss. 18-19. P. 3192–3203. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2006.02.014.

12. Al-hasan A.Y., Ghoneim A.A. A new correlation between photovoltaic panel's efficiency and amount of sand dust accumulated on their surface // International Journal of Sustainable Energy. 2005. Vol. 24. Iss. 4. P. 187–197. https://doi.org/10.1080/14786450500291834.

13. Ali H.M., Zafar M.A., Bashir M.A., Nasir M.A., Ali M, Siddiqui A.M. Effect of dust deposition on the performance of photovoltaic modules in Taxila, Pakistan // Thermal Science. 2017. Vol. 21. Iss. 2. P. 915–923. https://doi.org/10.2298/TSCI140515046A.

14. Mekhilef S., Saidur R., Kamlisarvestani M. Effect of Dust. Humidity and air velocity on efficiency of photovoltaic cells // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16. Iss. 5. P. 2920–2925. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.02.012.

15. Jaszczur M., Teneta J., Styszko K., Hassan Q., Burzyńska P., Marcinek E., et al. The field experiments and model of the natural dust deposition effects on photovoltaic module efficiency // Environmental Science and Pollution Research. 2019. Vol. 26. Р. 8402–8417. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1970-x.

16. Назаров Б.И. Абдуллаев С.Ф., Маслов В.А., Абдурасулова Н.А., Абдуллаева М.С. О температурных эффектах пыльной мглы // Доклады академии наук Республики Таджикистан. 2010. Т. 53. № 6. С. 454–459.

17. Kirpichnikova I.M., Makhsumov I.B. Investigation of surface temperature of solar modules using holographic overheating protection // IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (Magnitogorsk, 4–5 October 2019). Magnitogorsk: IEEE, 2019. P. 80–84. https://doi.org/10.1109/PEAMI.2019.8915414.

18. Кирпичникова И.М., Махсумов И.Б. Повышение энергетической эффективности работы солнечных модулей за счет снижения температуры поверхности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 2. С. 489–499.

19. Kirpichnikova I.M., Sudhakar K., Makhsumov I.B., Martyanov A.S., Priya S.S. Thermal model of photovoltaic module with heat protective film // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. Vol. 30. P. 101744. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101744.

20. Deb D., Brahmbhatt N.L. Review of yield increase of solar panels through soiling prevention, and a proposed water-free automated cleaning solution // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 82. Part 3. P. 3306–3313. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.10.014.

21. Kirpichnikova I.M., Shestakova V.V. Electron-Ion technology as protection of solar modules from contamination // International Russian Automation Conference. 2019. Vol. 641. P. 554–562. https://doi.org/10.1007/978-3-030-39225-3_60.