CC BY
0УДК 620.9 Шостак И.В., Короткое В.В., Булыгин Б.А.
Шостак И.В.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Коротков В.В.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Булыгин Б.А.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ НА ИХ МОЩНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Аннотация: в данной статье рассматривается механизм образования пыли, ее состав, влияние наличия и количества пыли на мощность, которую способна выработать солнечная панель.
Ключевые слова: энергетические системы, солнечная энергия, фотоэлектрические элементы, системы, пыль.
Растущий спрос на энергию в современном обществе в сочетании с экологическим ущербом, наносимым традиционными источниками энергии, требует перехода к устойчивым альтернативам, таким как солнечная энергия. Однако эффективность солнечных энергетических систем зависит от различных
2169
факторов, включая ориентацию поверхности, угол наклона, географическое положение, климатические условия, солнечную радиацию, влажность и температуру. Тем не менее, отложение пыли на активных поверхностях солнечных энергетических систем остается основным фактором, оказывающим значительное влияние на энергетическую отдачу, рентабельность и эффективность системы.
В данной статье представлен обзор влияния накопления пыли в окружающей среде на производительность солнечных энергетических систем, которые включают фотоэлектрические, плоские коллекторы, концентрирующие солнечные коллекторы.
Цели данной статьи заключаются в желании понять, насколько сильно влияет загрязненность активной поверхности на отдачу мощности. Доступность энергии имеет решающее значение для современного образа жизни. В настоящее время традиционные ресурсы, такие как ископаемое топливо, остаются основными для производства электроэнергии. В дополнение к тому, что эти ресурсы быстро истощаются, выбросы создают ряд неблагоприятных последствий для здоровья человека и окружающей среды, включая загрязнение воздуха, кислотные дожди и резкое изменение климата. Поэтому необходимо искать решения с использованием возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергетика, энергия ветра, солнца, приливов и геотермальной энергии, которая в изобилии используется, устойчива и безвредна для окружающей среды.
Солнечная энергия играет важную роль в энергетическом секторе, включая производство электроэнергии, отопление, освещение и т.д. В связи с этим фотоэлектрические модули преобразуют падающий солнечный свет в электричество. В последние годы наблюдается стремительный рост использования солнечных энергетических систем, что объясняется их существенным вкладом в развитие технологий производства электроэнергии, их устойчивостью, эффективностью и постоянным снижением затрат.
2170
Однако погодные условия, такие как облачность, ветер, относительная влажность и температура, влияют на сбор солнечной энергии. Одним из основных факторов является накопление пыли на активных поверхностях солнечных энергетических устройств, который сильно влияет на их работу и приводящих к снижению КПД и увеличивает стоимость производства электроэнергии. Осаждение пыли может привести к снижению энергопотребления более чем на 1% в день и может достигать 80% в месяц в зависимости от климатических условий.
Накопление пыли и ее характеристики.
Пыль определяется как частицы с максимальным диаметром 500 мкм, которые, как правило, они возникают из-за различных источников, включая загрязнение воздуха, выхлопные газы транспортных средств и почву, переносимую ветром. Эти частицы могут оставаться взвешенными в воздухе в течение длительного времени и перемещаться на большие расстояния. Учитывая различные типы загрязнений, крайне важно изучить разнообразие компонентов, входящих в состав этих частиц. Пыль состоит из целого ряда элементов, бумажные волокна, клетки кожи человека, пыльцу растений, текстильные волокна, шерсть животных, сельскохозяйственные выбросы (пыль от кормов), промышленные выбросы, выхлопные газы двигателей, грибы, мхи, пыльца (растительные остатки), лишайники, биопленки, бактерии, водоросли, лесные пожары, песок, известняк, глина, растительность, птичий помет и т.д. В густонаселенных городских районах пыль содержит меньшую долю песка по сравнению с пустынными районами, которые в основном состоят из выхлопных газов транспортных средств, электростанций и строительных работ. И наоборот, в сельскохозяйственных районах пыль образуется в основном из удобрений, растительных остатков и почвы, переносимой ветром.
Понимание природы и состава пыли.
Пыль состоит из мелких частиц, образующихся в процессе измельчения крупных частиц. Образование пыли увеличивается в первую очередь из-за изменения климата, опустынивания земель и упадка сельского хозяйства, что
2171
приводит к неблагоприятным социальным, региональным и экономическим последствиям для жизни людей. Однозначного решения этих проблем пока не найдено, и альтернативные подходы остаются без внимания. При решении проблем, связанных с повышенным пылеобразованием, важно учитывать климатические классификации, такие как система Кеппена-Гейгера, поскольку она обеспечивает ценную основу для понимания региональных климатических условий и их последствий. В прибрежных районах частицы пыли вызывают коррозию и повреждают поверхность солнечных устройств, поскольку в этом районе высокая относительная влажность, концентрация солевого тумана в воздухе и высокая скорость ветра. Характеристики, форма и тип пыли обычно анализируются с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС). Для оценки элементного состава, размера, соотношения минералов и органических компонентов, пыльцы для обнаружения, фотокаталитических характеристик и происхождения частиц используется лазерная дифракционная спектроскопия (LDS).
Влияние накопления пыли на фотоэлектрические системы.
Фотоэлектрическая технология преобразует солнечный свет непосредственно в электричество, используя полупроводниковые материалы, такие как кремний (Si), теллурид кадмия (CdTe), диселенид индия-галлия (CIGS), арсенид галлия (GaAs), аморфный кремний (a-Si). Когда солнечный свет (фотоны) падает на поверхность фотоэлемента, энергия передается электронам в полупроводниковом материале. Энергия возбуждает электроны, заставляя их смещаться со своих обычных позиций в атомной структуре материала. В результате образуются пары электрон-дырка, в которых электроны отклоняются от своего первоначального положения, оставляя после себя положительно заряженные дырки. Теперь заряженные электроны могут свободно перемещаться внутри полупроводникового материала. Эти электроны направляются к передней поверхности ячейки за счет электрическое поле внутри материала, создаваемое структурой фотоэлемента. Этот поток
2172
электронов собирается проводящими металлами, расположенными на поверхности фотоэлемента, и передается в электрическую цепь по проводам. Осаждение пыли на солнечных фотоэлектрических модулях уменьшает площадь, на которую падает солнечный свет, и играет роль барьера между падающими солнечными лучами и поверхностью, следовательно, снижается выработка электроэнергии. Потеря мощности зависит от плотности скопления пыли, следовательно, потери увеличиваются по мере увеличения плотности скопления пыли. Частицы пыли оказывают сильное влияние на электрические, оптические и тепловые свойства фотоэлектрических систем.
Производительность сильно зависит от плотности скопления пыли, размера частиц и угла наклона поверхности. Кроме того, температура в запыленном фотоэлектрическом модуле ниже, чем в чистом модуле, поскольку пыль уменьшает попадание солнечных лучей на поверхность. Обнаружено, что светопропускание различается в зависимости от размера частиц пыли. Кроме того, температура остекления сильно зависит от размера частиц пыли, что играет определенную роль в снижении мощности фотоэлектрических систем.
Ученые провели эксперимент в помещении на фотоэлектрических солнечных батареях. Сообщается, что напряжение холостого хода, ток короткого замыкания и КПД фотоэлектрической солнечной системы снизились до 21, 6 и 35 % соответственно при плотности накопления пыли 20 г/см2.
Угол наклона сильно влияет на накопление пыли на поверхности, чем больше угол наклона, тем сильнее сила тяжести воздействует на частицы пыли на поверхности. Плотность скопления пыли уменьшается с увеличением угла наклона, поскольку большой угол наклона позволяет силе тяжести, дождевой воде и ветру легко удалять пыль с поверхности. Напротив, плотность скопления пыли наиболее высока при малых углах наклона, поскольку пыль может легко скапливаться на плоской поверхности. Например, плотность скопления пыли уменьшается с 7 до 0,5 г/м2 при угле наклона от 0 до 90 градусов. Однако также важно учитывать оптимальную солнечную радиацию для получения максимальной выходной мощности, которая зависит от угла наклона.
2173
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Карпов С.Н., Левченко А.А., Степанова А.В. Влияние загрязнения солнечных панелей на их производительность // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия. 2019;
2. Шишкин А.В., Кузнецов А.В. Влияние пыли на работу солнечных батарей // Энергетика. 2018;
3. Григорьев А.И., Петров В.С. Экономические аспекты использования солнечной энергии в условиях загрязнения окружающей среды // Энергетическая политика. 2020;
4. Иванов Д.П., Смирнова Е.И. Анализ влияния пыли на производительность солнечных батарей в условиях городской среды // Энергетика и экология. 2017;
5. Кузьмин А.Н., Попова О.С. Технические и экономические аспекты очистки солнечных панелей от пыли // Солнечная энергетика. 2019;
6. Соколова Н.И., Чернова Е.А. Влияние загрязнения окружающей среды на эффективность солнечных электростанций // Энергетические технологии. 2018
2174
Shostak I. V., Korotkov V. V., Bulygin B.A.
Shostak I.V.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Korotkov V.V.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Bulygin B.A.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
INFLUENCE OF POLLUTION OF SOLAR PANELS ON THEIR POWER CHARACTERISTICS
Abstract: this article examines the mechanism of dust formation, its composition, and the effect of the presence and amount of dust on the power that a solar panel can produce.
Keywords: energy systems, solar energy, photovoltaic cells, systems, dust.
2175
