Evaluasi Efek Pencairan Salju oleh Pembangkit Listrik Fotovoltaik Berbasis Teknologi Hiperspektral

Pembangkit Listrik Fotovoltaik Dalad Top-Runner terletak di Dalad Banner, Mongolia Dalam, di wilayah lintang tengah sekitar 40 derajat lintang utara. Suhu musim dingin rendah dan sering turun salju. Salju yang menumpuk memantulkan sinar matahari, dan es mudah terbentuk di permukaan kaca temper panel fotovoltaik di bawah salju, yang sulit dicairkan dengan cepat, menghalangi sinar matahari dan sangat memengaruhi efisiensi pembangkitan listrik. Metode yang wajar dan ekonomis untuk pencairan dan pembuangan salju dengan cepat tidak hanya membantu meningkatkan pembangkitan listrik pembangkit listrik fotovoltaik dan mengurangi beban kerja serta biaya operasi dan pemeliharaan, tetapi juga memiliki nilai aplikasi yang signifikan.

Solusi umum untuk membersihkan salju di pembangkit listrik fotovoltaik

1. Pembersihan salju secara manual
Dalam kondisi normal, pembangkit listrik fotovoltaik hanya dapat mengandalkan personel khusus untuk mendorong salju menggunakan material lunak. Metode ini tidak efisien dan menghabiskan banyak tenaga kerja dan sumber daya, terutama ketika berurusan dengan medan yang kompleks atau modul yang berada tinggi di atas tanah. Saat ini, sebagian besar pembangkit listrik fotovoltaik masih menggunakan metode paling tradisional yaitu membersihkan salju secara manual.

2. Robot pembersih salju

Robot pembersih fotovoltaik yang digerakkan sendiri yang umum digunakan cocok untuk pembangkit listrik fotovoltaik besar, tetapi harganya mahal dan tidak cocok untuk pembangkit listrik fotovoltaik kecil. Selain itu, stabilitasnya di lingkungan suhu rendah perlu diverifikasi lebih lanjut.

3. Pembersihan salju otomatis dengan braket pelacak

Menyesuaikan modul baterai ke sudut kemiringan maksimumnya selama hujan salju mempermudah pergerakan salju dan secara efektif mengurangi penumpukan salju di permukaan modul. Setelah salju mencair, modul baterai dikembalikan ke sudut normalnya. Namun, pendekatan ini hanya cocok untuk sistem braket pelacak seperti sumbu tunggal horizontal, sumbu tunggal miring, dan pelacakan sumbu ganda; sulit untuk diterapkan dengan braket tetap.

4. Keunggulan modul bifacial kaca ganda dalam menghilangkan salju

Setelah turun salju, permukaan tanah tertutup salju, meningkatkan kemampuannya untuk memantulkan sinar matahari. Hal ini meningkatkan daya pantul bagian belakang modul, sehingga meningkatkan kapasitas pembangkitan dayanya. Bagian belakang modul fotovoltaik (PV) bifacial kaca ganda dapat terus menghasilkan listrik melalui konversi fotolistrik melalui pantulan difus dari salju di tanah. Panas yang dilepaskan selama proses konversi ini juga dengan cepat mencairkan salju di bagian depan modul, membentuk lapisan air. Hal ini mengurangi gesekan antara salju dan modul, dan gravitasi memungkinkan salju untuk meluncur, meminimalkan area dan durasi penutupan salju di bagian depan modul. Diperkirakan bahwa salju di bagian depan modul PV bifacial kaca ganda dapat dibersihkan dalam waktu sekitar 1-3 jam. Efek pembersihan salju bahkan lebih baik bila digunakan bersamaan dengan sistem pembersihan salju braket pelacak.

Solusi umum untuk membersihkan salju di pembangkit listrik fotovoltaik

5. Teknologi pencairan salju berdasarkan prinsip elektrotermal modul fotovoltaik sambungan PN

Ketika modul fotovoltaik digunakan sebagai beban dan tegangan positif diterapkan pada terminal positif dan negatifnya, arus searah akan dihasilkan karena struktur sambungan PN di dalam modul. Prinsip kerja ini mirip dengan dioda pemancar cahaya (LED). Karena perbedaan tingkat energi sambungan PN dan resistansi daerah semikonduktor, ketika elektron melewatinya, energi dihasilkan di daerah semikonduktor di dalam modul fotovoltaik dan diubah menjadi panas, sehingga meningkatkan suhu modul dan bertindak sebagai agen pelebur salju.

Namun, di daerah dengan suhu lingkungan rendah, karena modul fotovoltaik dipasang di luar ruangan dan lapisan belakang modul fotovoltaik menghilangkan panas dengan cepat, peningkatan suhu menggunakan prinsip elektrotermal sambungan PN sangat terbatas. Oleh karena itu, solusi ini tidak efektif untuk mencairkan salju dan memiliki keterbatasan tertentu. Selain itu, diperlukan catu daya bias eksternal, dengan satu catu daya dikonfigurasi untuk setiap 1 hingga 2 string. Ini berarti bahwa pembangkit listrik berkapasitas besar perlu dilengkapi dengan beberapa unit, yang mengakibatkan biaya investasi tinggi dan aplikasi yang terbatas.

6. Penataan kabel pemanas

Inti bagian dalam kabel pemanas terdiri dari kawat dingin dan panas, sedangkan lapisan luarnya terdiri dari lapisan isolasi, lapisan pentanahan, lapisan pelindung, dan selubung luar. Saat dialiri listrik, kawat panas memanas dan beroperasi dalam kisaran suhu 40–60°C. Terkubur di dalam lapisan pengisi, kabel pemanas mentransfer panas ke objek yang dipanaskan melalui konduksi panas (konveksi) dan radiasi inframerah jauh (8-13µm). Pembangkit listrik fotovoltaik terdistribusi dapat dipasang di sekitar modul fotovoltaik, talang, dan pipa pembuangan air. Saat salju menumpuk, mode pemanasan diaktifkan untuk mencairkan salju dengan cepat, tetapi biaya investasinya relatif tinggi.

Proyek Dalat Fase II menggunakan panel fotovoltaik bifacial kaca ganda dengan sistem braket pelacak untuk pembersihan salju, yang dapat secara signifikan meningkatkan kecepatan pembersihan salju dan meningkatkan efisiensi pembangkitan listrik sekitar 15%.

△ Gambar 1 Perbandingan luas dan tutupan salju fase pertama dan kedua di Dalat

△ Gambar 2 Perbandingan reflektivitas panel fotovoltaik di Dalate Fase I dan Fase II (reflektivitas meningkat 10.000 kali)

△ Gambar 3 Perbandingan reflektivitas panel fotovoltaik setelah salju mencair di Dalate Fase I dan Fase II (reflektivitas meningkat 10.000 kali)

CAS Xiguang Aerospace - Pemantauan Tutupan Salju

Dengan menggunakan satelit hiperspektral untuk memantau secara terus menerus pembangkit listrik fotovoltaik Dalate, kami memperoleh data citra yang diambil selama periode tertutup salju dan tanpa salju, serta melakukan koreksi atmosfer untuk menghitung reflektansi rata-rata fase pertama dan kedua proyek tersebut.

Gambar 1 secara visual mengilustrasikan area proyek, memungkinkan identifikasi tutupan salju dengan mudah. ​​Proyek Fase I menunjukkan tutupan salju yang jauh lebih banyak, sedangkan proyek Fase II tidak menunjukkan akumulasi salju yang terlihat. Gambar 2 mengilustrasikan perbedaan reflektivitas rata-rata antara proyek Fase I dan Fase II di bawah tutupan salju. Fase I menunjukkan reflektivitas yang jauh lebih tinggi daripada Fase II, dengan peningkatan reflektivitas puncak sekitar 11,8% pada rentang panjang gelombang 450-850nm, yang menunjukkan tutupan salju yang lebih tinggi. Reflektivitas yang lebih tinggi ini menyebabkan kehilangan energi dan penurunan efisiensi pembangkitan daya. Gambar 3 membandingkan reflektivitas Fase I dan Fase II setelah salju mencair, menunjukkan bahwa reflektivitas kedua fase pada dasarnya kembali ke tingkat yang serupa setelah salju mencair.

Kesimpulan dan Aplikasi Penelitian

Perbedaan reflektivitas antara fase pertama dan kedua proyek memverifikasi bahwa modul fotovoltaik kaca ganda dua sisi baru yang digunakan pada fase kedua, dikombinasikan dengan sistem braket pelacak, memiliki efek penghilangan salju yang lebih baik.

Kombinasi Pemantauan debu panel fotovoltaik berdasarkan penginderaan jauh hiperspektralHal ini menunjukkan bahwa teknologi penginderaan jauh hiperspektral memiliki nilai aplikasi tertentu dalam pemantauan kondisi panel fotovoltaik skala besar di berbagai lingkungan.