Czy poziom zapylenia ma wpływ na wydajność modułu fotowoltaicznego?

Wydajność modułów fotowoltaicznych może znacząco obniżyć się z powodu nagromadzenia kurzu i brudu na ich powierzchni. Takie zanieczyszczenia nie tylko ograniczają dostęp światła słonecznego, ale także mogą przyczynić się do wzrostu temperatury pracy urządzeń, co dodatkowo ogranicza ich efektywność.

W obliczu tego wyzwania, zespół międzynarodowych naukowców z renomowanych instytucji, w tym Narodowego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Pakistanie, Islamskiego Uniwersytetu Bahawalpur oraz Uniwersytetu w Warwick w Wielkiej Brytanii, podjął się zadania zbadania wpływu zapylenia na działanie paneli słonecznych. Wyniki były zaskakujące.

Jak przebiegały testy?

W ramach przeprowadzonego badania, zespół naukowców dokonał porównania efektywności działania dwóch instalacji fotowoltaicznych, zlokalizowanych w różnych środowiskach klimatycznych Pakistanu. Pierwsza z nich znajdowała się w Islamabadzie, stolicy kraju, charakteryzującej się stosunkowo czystym i umiarkowanie ciepłym klimatem, z roczną średnią temperaturą wynoszącą około 20,3°C. Wysoka wilgotność i częstsze opady deszczu w tym regionie sprzyjały utrzymaniu paneli fotowoltaicznych w czystości.

Drugi zestaw paneli został zainstalowany w Bahawalpur, mieście położonym w suchym, pustynnym klimacie wschodniego Pakistanu, gdzie średnia roczna temperatura powietrza sięga 26,1°C. Region ten, charakteryzujący się brakiem opadów, ale częstymi wiatrami i burzami piaskowymi, stanowił spore wyzwanie dla utrzymania czystości modułów fotowoltaicznych.

Szczegóły badania

Testy terenowe trwały w obu lokalizacjach równolegle przez sześć tygodni, od początku czerwca do połowy lipca 2022 roku. Eksperyment objął zestaw fotowoltaiczny w każdej z lokalizacji, składający się z dwóch modułów polikrystalicznych ustawionych obok siebie i skierowanych na południe pod stałym kątem. W ramach eksperymentu, jeden z modułów w każdym zestawie był regularnie czyszczony w celu utrzymania jego powierzchni w nienagannym stanie, podczas gdy drugi panel pozostawiono bez ingerencji, co pozwoliło na naturalne gromadzenie się na nim zanieczyszczeń.

W obu lokalizacjach zastosowano układ pomiarowy do monitorowania gęstości zapylenia oraz składu osadzającego się pyłu, wykorzystując do tego celu analizatory chemiczne. Pomiarów dokonywano jednocześnie w obu miejscach, przy podobnych warunkach pogodowych, co miało na celu zapewnienie wiarygodności i porównywalności wyników.

Dzięki tak zaprojektowanemu eksperymentowi, badacze mieli za zadanie zidentyfikować, jak różnice w warunkach środowiskowych, a w szczególności poziom zanieczyszczenia powietrza, wpływają na wydajność instalacji fotowoltaicznych. Wyniki tych badań miały na celu nie tylko lepsze zrozumienie wpływu zapylenia na produkcję energii słonecznej, ale także rozwój strategii skutecznego zarządzania i utrzymania paneli fotowoltaicznych w różnorodnych warunkach klimatycznych.

Negatywny wpływ poziomu zapylenia na moduły PV

W toku przeprowadzonych badań naukowcy skupili się na analizie gęstości zanieczyszczeń osiadających na powierzchni paneli fotowoltaicznych w różnych lokalizacjach. Zgromadzone dane pozwoliły na dokładne określenie ilości pyłu, który gromadził się na powierzchni modułów w obu badanych regionach.

W przypadku instalacji znajdującej się w Islamabadzie, stwierdzono, że całkowite nagromadzenie pyłu osiągnęło wartość 6,388 gramów na metr kwadratowy, co przekłada się na średni dzienny poziom zapylenia wynoszący 0,152 gramów na metr kwadratowy. Natomiast dla paneli zlokalizowanych w Bahawalpur, bardziej dotkniętych przez suche i pustynne warunki, całkowite nagromadzenie pyłu było znacznie wyższe i wyniosło 10,254 gramów na metr kwadratowy, z dzienną średnią osadzania się pyłu na poziomie 0,244 gramów na metr kwadratowy.

Wyniki badania

Na podstawie analizy zgromadzonych danych, badacze doszli do wniosku, że nagromadzenie pyłu ma bezpośredni wpływ na efektywność działania modułów fotowoltaicznych. W przypadku paneli pracujących w Islamabadzie, obserwowano spadek mocy wyjściowej o 15,08% w porównaniu do czystego modułu referencyjnego. Jeszcze bardziej znaczący wpływ zanieczyszczeń zaobserwowano w Bahawalpur, gdzie moduły fotowoltaiczne, niepodlegające regularnemu czyszczeniu, wykazały redukcję mocy wyjściowej o 25,42% w stosunku do modułów utrzymywanych w czystości.

Te wyniki jasno wskazują na negatywny wpływ zapylenia na wydajność modułów fotowoltaicznych, podkreślając znaczenie regularnej konserwacji i mycia paneli, szczególnie w regionach o wysokim poziomie zanieczyszczenia powietrza i niskiej ilości opadów.

Wpływ temperatury na moduły PV

Badania przeprowadzone przez naukowców rzucają światło nie tylko na bezpośredni wpływ zanieczyszczeń na efektywność modułów fotowoltaicznych, ale także na pośrednie skutki, jakie niesie za sobą obecność pyłu na powierzchni paneli. Jednym z takich pośrednich czynników wpływających na działanie modułów PV jest temperatura. Analizy wykazały, że pył osadzający się na panelach nie tylko blokuje dostęp światła słonecznego, ale również przyczynia się do zakłóceń w procesie utrzymania jednolitej temperatury pracy modułu.

Zanieczyszczenia powierzchni paneli mogą prowadzić do niejednorodnej absorpcji światła słonecznego, co z kolei skutkuje nierównomiernym rozkładem temperatury na całej powierzchni modułu. Takie zróżnicowanie może być przyczyną problemów z efektywną wymianą ciepła, co w dłuższej perspektywie czasu może prowadzić do powstawania miejsc znanych jako hotspoty. Hotspoty stanowią poważne zagrożenie dla trwałości i wydajności modułów fotowoltaicznych, ponieważ mogą doprowadzić do uszkodzeń poszczególnych obszarów paneli, a nawet do ich trwałej awarii.

W świetle tych ustaleń, utrzymanie paneli fotowoltaicznych w czystości nabiera dodatkowego znaczenia, nie tylko w kontekście maksymalizacji ich wydajności, ale także w celu zapobiegania problemom termicznym. Regularne usuwanie zanieczyszczeń z powierzchni modułów może pomóc w utrzymaniu jednolitej temperatury pracy, minimalizując ryzyko powstawania hotspotów i przedłużając żywotność instalacji.