Маніторынг пылу фотаэлектрычных панэляў на аснове гіперспектральнага дыстанцыйнага зандзіравання

Сонечная электрастанцыя «Бенбан» размешчана ў раёне Бенбан у правінцыі Асуан, Егіпет, у пустыннай мясцовасці прыкладна за 650 кіламетраў на поўдзень ад Каіра і за 40 кіламетраў на паўночны захад ад Асуана. З агульнай магутнасцю 1650 мегават гэта першая буйная фотаэлектрычная электрастанцыя ў Егіпце і ў цяперашні час чацвёртая па велічыні сонечная электрастанцыя ў свеце. Будаўніцтва пачалося ў лютым 2018 года і было завершана ў лістападзе 2019 года. Станцыя займае плошчу 37,2 квадратных кіламетра і каштавала 4 мільярды долараў ЗША.

Уводзіны ў праект

Размешчаны ў пустынным рэгіёне, гэты энергетычны праект пастаянна пакутуе ад пяшчаных бур. На паверхні фотаэлектрычных модуляў лёгка назапашваецца пыл. Гэты пыл не толькі блакуе сонечнае святло, зніжаючы прапусканне шкла і колькасць сонечнай радыяцыі, якая дасягае элементаў, але і змяняе працэс цеплаперадачы. Пыл паглынае сонечную радыяцыю і пераўтварае яе ва ўласнае цяпло, адначасова перашкаджаючы адводу цяпла ад ахоўнага шкла фотаэлектрычнага модуля. Карацей кажучы, пыл з'яўляецца адной з асноўных праблем, якія ўплываюць на каэфіцыент прадукцыйнасці фотаэлектрычных электрастанцый. Гэта ў асноўным адлюстроўваецца ў наступных аспектах:

1. Уплыў пылу на сонечную радыяцыю

△Малюнак 1. Павышаны ўзровень пылу выклікае дыфузнае адлюстраванне ад фотаэлектрычных панэляў.

Пыл на шкляных паверхнях не толькі істотна ўплывае на прапусканне сонечнага выпраменьвання, але і выклікае значнае дыфузнае адлюстраванне сонечнага выпраменьвання, якое дасягае фотаэлектрычных модуляў, павялічваючы іх адбівальную здольнасць. Эксперыментальныя вымярэнні паказваюць, што назапашаны пыл на шкляных паверхнях можа прывесці да страты 5–30 % сонечнага выпраменьвання.

2. Уплыў кальцыфікацыі і адкладаў пылу на прапусканне святла

Пыл утрымлівае вялікую колькасць аксідаў кальцыя і магнію. Калі пыл на паверхні фотаэлектрычных модуляў кантактуе з дажджавой вадой, невялікая колькасць іонаў кальцыя і магнію раствараецца ў дажджавой вадзе і зноў асядае на шкляной паверхні фотаэлектрычных модуляў, утвараючы тоўсты і цвёрды пласт кальцыевага і магніевага налёту. Пасля ўтварэння налёту яго няпроста выдаліць, і ён сур'ёзна паўплывае на прадукцыйнасць фотаэлектрычных модуляў для выпрацоўкі энергіі. У цяжкіх выпадках ён можа нават выклікаць такія праблемы, як перагрэў на некаторых фотаэлектрычных элементах.

• Уплыў пылу на тэмпературу фотаэлектрычных модуляў

Пыл, які прыліпае да паверхні загартаванага шкла, можа паглынаць частку сонечнага выпраменьвання і пераўтвараць яго ў цеплавую энергію, тым самым павялічваючы рабочую тэмпературу фотаэлектрычных модуляў, уплываючы на ​​рассейванне цяпла і яшчэ больш узмацняючы цеплавы эфект фотаэлектрычных модуляў, тым самым уплываючы на ​​прадукцыйнасць выпрацоўкі фотаэлектрычнай энергіі.

Таму падчас эксплуатацыі і абслугоўвання фотаэлектрычных сістэм асаблівую ўвагу варта надаваць уплыву пылу на паверхні фотаэлектрычных модуляў на выпрацоўку фотаэлектрычнай энергіі. Своечасовая ачыстка неабходная для падтрымання чысціні паверхні фотаэлектрычных модуляў і забеспячэння эфектыўнай працы электрастанцыі.

Каб вырашыць праблему маніторынгу пылу ў фотаэлектрычных модулях, мы выкарысталі гіперспектральны спадарожнік XIGUANG-003 для здымкі мэтавай зоны 1 студзеня 2024 года. Атрыманае выява мела наземнае разрозненне 10 метраў і даўжыню хвалі 150 спектральных дыяпазонаў. Мы вызначылі і вылучылі зоны фотаэлектрычных панэляў і ацанілі пакрыццё пылам на аснове адбівальнай здольнасці.

△Малюнак 2. Схема фотаэлектрычнай электрастанцыі ў пустыні

△Малюнак 3 Рэгулярная чыстка фотаэлектрычных панэляў

△Малюнак 4 Размяшчэнне фотаэлектрычнай электрастанцыі Бенбан

△Малюнак 5. Гіперспектральны малюнак даследаванай вобласці ў натуральную каляровую гаму пасля зліцця

Мы аб'ядноўваем панхраматычныя дадзеныя высокага разрознення з гіперспектральнымі дадзенымі, каб атрымаць гіперспектральныя дадзеныя высокага разрознення, а затым выконваем радыеметрычную каліброўку і атмасферную карэкцыю для атрымання дадзеных аб адлюстраванні паверхні, тым самым аналізуючы адлюстраванне кожнай паласы ў вобласці фотаэлектрычнай панэлі.

△Малюнак 6 Пазнакі славутасцяў каля фотаэлектрычнай электрастанцыі Бенбан

△Малюнак 7 Адбівальная здольнасць наземных аб'ектаў паблізу фотаэлектрычнай электрастанцыі Бенбан (значэнні адбівальнай здольнасці павялічаны ў 1000 разоў)

Як паказана на малюнках 6 і 7, былі пазначаны ўзоры фотаэлектрычных панэляў, сельскагаспадарчых угоддзяў з цэнтралізаваным арашэннем і іншых зямельных паверхняў. Відаць, што крывыя адлюстравання гэтых трох тыпаў зямельных аб'ектаў дэманструюць значныя адрозненні. Адлюстраванне пустынных паверхняў высокае ва ўсіх даўжынях хваль, у той час як адлюстраванне сельскагаспадарчых угоддзяў вышэйшае, чым у фотаэлектрычных панэляў, у дыяпазоне 450-560 нм, а затым памяншаецца. Такім чынам, зыходзячы з гэтых адрозненняў у адлюстраванні, метады машыннага навучання могуць быць выкарыстаны для класіфікацыі зямельных аб'ектаў.

△Малюнак 8 Дыяграма ружы вятроў даследаванай тэрыторыі ў 2023 годзе

Мы таксама атрымалі штодзённыя дадзеныя аб кірунку ветру для даследаванай тэрыторыі ў 2023 годзе і разлічылі частату кірунку ветру, каб стварыць дыяграму ружы вятроў для праверкі прасторавага размеркавання назапашвання пылу, як паказана на малюнку 8. Пераважныя напрамкі ветру ў даследаванай тэрыторыі - паўночна-заходні і паўночна-паўночна-заходні. Мы адзначылі пераважныя напрамкі ветру на карце пакрыцця пылам на малюнку 10.

*Крыніца дадзеных: Прагноз сусветных энергетычных рэсурсаў

△Малюнак 9 Розніца ў адбівальнай здольнасці фотаэлектрычных панэляў з розным узроўнем назапашвання пылу

Малюнак 10. Мапа пылавога покрыва даследаванай тэрыторыі на 1 студзеня 2024 г.

Зыходзячы з адрозненняў у адбівальнай здольнасці фотаэлектрычных панэляў, мы стварылі карту запыленасці. Затым мы выбралі два рэгіёны, паўночны захад і паўднёвы ўсход, каб праверыць гэтыя адрозненні ў адбівальнай здольнасці, як паказана на малюнку 9. Фотаэлектрычныя панэлі з больш высокім узроўнем запыленасці прадэманстравалі значна павышаную адбівальную здольнасць. Акрамя таго, прасторавае размеркаванне запыленасці мела тэндэнцыю да змяншэння з паўночнага захаду на паўднёвы ўсход, што ў значнай ступені супадала з пераважным кірункам ветру. Хоць на рэальныя ўмовы могуць паўплываць змены вугла нахілу фотаэлектрычных панэляў або розныя схемы занавання, гэтая карта дае адносна інтуітыўна зразумелы агляд назапашвання пылу.

Пасля атрымання шматсцэнавых дадзеных можна далей аналізаваць заканамернасці назапашвання пылу з дапамогай інфармацыі часовых шэрагаў, прагназаваць узровень пылу, аб'ядноўваючы метэаралагічныя дадзеныя, дакладна ацэньваць час наступнай уборкі і разлічваць адпаведныя цыклы ўборкі, аб'ядноўваючы статыстыку выпрацоўкі энергіі, тым самым рацыянальна планаваць задачы ўборкі загадзя, павышаючы эфектыўнасць вытворчасці і зніжаючы выдаткі на ўборку. Адначасова можна спалучаць наземныя эксперыменты для аналізу сувязі паміж адбівальнай здольнасцю і фактычнай колькаснай ацэнкай пылу, што яшчэ больш павышае дакладнасць маніторынгу пылу.