Evaluación del efecto de remoción de nieve de las centrales fotovoltaicas mediante tecnología hiperespectral.

La central fotovoltaica Dalad Top-Runner se ubica en Dalad Banner, Mongolia Interior, en una región de latitud media, alrededor de los 40 grados de latitud norte. Las temperaturas invernales son bajas y las nevadas son frecuentes. La nieve acumulada refleja la luz solar, y el hielo se forma fácilmente en la superficie de vidrio templado de los paneles fotovoltaicos bajo la nieve, lo que dificulta su rápida fusión, bloqueando la luz solar y afectando gravemente la eficiencia de la generación de energía. Un método razonable y económico para la rápida fusión y eliminación de la nieve no solo contribuye a aumentar la generación de energía de la central fotovoltaica y reduce la carga de trabajo y los costos de operación y mantenimiento, sino que también tiene un valor práctico significativo.

Soluciones comunes para la eliminación de nieve en centrales fotovoltaicas

1. Retirada manual de la nieve
En circunstancias normales, las centrales fotovoltaicas solo pueden depender de personal especializado para retirar la nieve con materiales blandos. Este método es ineficiente y consume mucha mano de obra y recursos, especialmente en terrenos complejos o con módulos situados a gran altura. Actualmente, la mayoría de las centrales fotovoltaicas siguen utilizando el método tradicional de limpieza manual de la nieve.

2. Eliminación de nieve con robots

Los robots autopropulsados ​​de limpieza fotovoltaica de uso común son adecuados para grandes centrales fotovoltaicas, pero son caros y no resultan apropiados para centrales pequeñas. Además, su estabilidad en entornos de baja temperatura requiere una mayor verificación.

3. Eliminación automática de nieve mediante el soporte de seguimiento.

Ajustar los módulos de batería a su ángulo de inclinación máximo durante una nevada facilita el deslizamiento de la nieve y reduce eficazmente su acumulación en la superficie. Una vez que la nieve se ha derretido, los módulos de batería vuelven a su ángulo normal. Sin embargo, este método solo es adecuado para sistemas de soporte de seguimiento, como los de un solo eje horizontal, de un solo eje inclinado y de doble eje; su implementación resulta difícil con soportes fijos.

4. Ventajas de los módulos bifaciales de doble vidrio para la eliminación de nieve.

Tras una nevada, la superficie del suelo queda cubierta de nieve, lo que aumenta su capacidad para reflejar la luz solar. Esto incrementa la reflectividad de la parte posterior de los módulos, mejorando su capacidad de generación de energía. La parte posterior del módulo fotovoltaico bifacial de doble vidrio puede seguir generando electricidad mediante conversión fotoeléctrica a través de la reflexión difusa de la nieve en el suelo. El calor liberado durante este proceso de conversión también derrite rápidamente la nieve en la parte frontal del módulo, formando una capa de agua. Esto reduce la fricción entre la nieve y el módulo, y la gravedad permite que la nieve se deslice, minimizando la superficie y la duración de la capa de nieve en la parte frontal del módulo. Se estima que la nieve en la parte frontal del módulo fotovoltaico bifacial de doble vidrio se puede eliminar en aproximadamente 1 a 3 horas. El efecto de eliminación de nieve es aún mejor cuando se utiliza junto con un sistema de eliminación de nieve con soporte de seguimiento.

Soluciones comunes para la eliminación de nieve en centrales fotovoltaicas

5. Tecnología de deshielo basada en el principio electrotérmico de la unión PN del módulo fotovoltaico.

Cuando se utiliza un módulo fotovoltaico como carga y se aplica un voltaje positivo a sus terminales positivo y negativo, se genera una corriente unidireccional debido a la estructura de unión PN en su interior. Este principio de funcionamiento es similar al de un diodo emisor de luz (LED). Debido a la diferencia de nivel de energía de la unión PN y la resistencia de la región semiconductora, cuando los electrones la atraviesan, se genera energía en dicha región dentro del módulo fotovoltaico, la cual se convierte en calor, elevando así la temperatura del módulo y actuando como un agente descongelante.

Sin embargo, en zonas con bajas temperaturas ambiente, dado que los módulos fotovoltaicos se instalan al aire libre y sus paneles posteriores disipan el calor rápidamente, el aumento de temperatura mediante el principio electrotérmico de la unión PN es muy limitado. Por lo tanto, esta solución no tiene un efecto significativo en el deshielo y presenta ciertas limitaciones. Además, se requiere una fuente de alimentación externa, configurada para cada 1 o 2 cadenas. Esto implica que una central eléctrica de gran capacidad necesitaría varias unidades, lo que conlleva elevados costes de inversión y una aplicación limitada.

6. Disposición de los cables calefactores

El núcleo interno del cable calefactor consta de cables fríos y calientes, mientras que la capa exterior comprende una capa aislante, una capa de conexión a tierra, una capa de blindaje y una cubierta exterior. Al energizarse, los cables calientes se calientan y operan dentro de un rango de temperatura de 40–60 °C. Enterrado dentro de la capa de relleno, el cable calefactor transfiere calor al cuerpo receptor mediante conducción térmica (convección) y radiación infrarroja lejana (8-13 µm). Las estaciones de energía fotovoltaica distribuidas pueden instalarse alrededor de los módulos fotovoltaicos, canaletas y bajantes. Cuando se acumula nieve, se activa el modo de calefacción para derretirla rápidamente, pero el costo de inversión es relativamente alto.

El proyecto Dalat Fase II utiliza paneles fotovoltaicos bifaciales de doble vidrio con un sistema de soporte de seguimiento para la eliminación de nieve, lo que puede mejorar significativamente la velocidad de remoción de nieve y aumentar la eficiencia de generación de energía en aproximadamente un 15%.

△ Figura 1 Comparación de la extensión y la capa de nieve de la primera y segunda fase de Dalat

△ Figura 2 Comparación de la reflectividad de los paneles fotovoltaicos en la Fase I y la Fase II de Dalate (la reflectividad aumentó 10.000 veces)

△ Figura 3 Comparación de la reflectividad de los paneles fotovoltaicos después del deshielo en Dalate Fase I y Fase II (la reflectividad aumentó 10.000 veces)

CAS Xiguang Aerospace - Monitoreo de la capa de nieve

Mediante el uso de satélites hiperespectrales para monitorear continuamente la central fotovoltaica de Dalate, obtuvimos datos de imágenes tomadas durante períodos con y sin nieve, y realizamos correcciones atmosféricas para calcular la reflectancia promedio de la primera y segunda fase del proyecto.

La Figura 1 ilustra visualmente el área del proyecto, lo que permite identificar fácilmente la capa de nieve. El proyecto de la Fase I muestra una capa de nieve significativamente mayor, mientras que el proyecto de la Fase II no presenta acumulación de nieve notable. La Figura 2 ilustra la diferencia promedio de reflectividad entre los proyectos de la Fase I y la Fase II bajo la capa de nieve. La Fase I muestra una reflectividad significativamente mayor que la Fase II, con un aumento máximo de reflectividad de aproximadamente el 11,8 % en el rango de longitud de onda de 450-850 nm, lo que indica una mayor capa de nieve. Esta mayor reflectividad conlleva una pérdida de energía y una disminución en la eficiencia de la generación de energía. La Figura 3 compara la reflectividad de la Fase I y la Fase II después del deshielo, mostrando que la reflectividad de ambas fases vuelve esencialmente a niveles similares después del deshielo.

Conclusiones y aplicaciones de la investigación

La diferencia de reflectividad entre la primera y la segunda fase del proyecto verificó que los nuevos módulos fotovoltaicos de doble cara y doble vidrio utilizados en la segunda fase, combinados con el sistema de soporte de seguimiento, tienen un mejor efecto de eliminación de nieve.

Combinación Monitorización del polvo en paneles fotovoltaicos mediante teledetección hiperespectral.Esto indica que la tecnología de teledetección hiperespectral tiene cierto valor de aplicación en la monitorización del estado de paneles fotovoltaicos a gran escala en diversos entornos.