Гиперспектрлік қашықтықтан зондтауға негізделген фотоэлектрлік панельдік шаңды бақылау

Бенбан күн электр станциясы Египеттің Асуан губернаторлығының Бенбан аймағында, Каирден оңтүстікке қарай шамамен 650 шақырым және Асуаннан солтүстік-батысқа қарай 40 шақырым жерде орналасқан шөлді аймақта орналасқан. Жалпы қуаты 1650 мегаватт болатын бұл Египеттің алғашқы ірі фотоэлектрлік электр станциясы және қазіргі уақытта әлемдегі төртінші ірі күн электр станциясы. Құрылысы 2018 жылдың ақпан айында басталып, 2019 жылдың қарашасында аяқталды. Станцияның ауданы 37,2 шаршы шақырым және құны 4 миллиард АҚШ долларын құрады.

Жобаға кіріспе

Шөлді аймақта орналасқан бұл электр энергиясын өндіру жобасы үнемі құмды дауылдардан зардап шегеді. Фотоэлектрлік модульдердің бетінде шаң оңай жиналады. Бұл шаң күн сәулесін бөгеп, әйнектің өткізгіштігін төмендетіп, ұяшықтарға жететін күн радиациясының мөлшерін азайтып қана қоймай, сонымен қатар жылу беру процесін өзгертеді. Шаң күн радиациясын сіңіріп, оны өзінің жылуына айналдырады, сонымен бірге фотоэлектрлік модульдің қақпақ әйнегінен жылудың таралуына кедергі келтіреді. Қысқасы, шаң - фотоэлектрлік электр станцияларының өнімділік коэффициентіне әсер ететін негізгі мәселелердің бірі. Бұл негізінен келесі аспектілерде көрініс табады:

1. Шаңның күн радиациясына әсері

△1-сурет. Шаң деңгейінің жоғарылауы фотоэлектрлік панельдерден диффузиялық шағылысты тудырады.

Шыны беттеріндегі шаң күн радиациясының өткізгіштігіне айтарлықтай әсер етіп қана қоймай, сонымен қатар фотоэлектрлік модульдерге жететін күн радиациясының айтарлықтай диффузиялық шағылысуын тудырады, бұл модульдердің шағылысу қабілетін арттырады. Тәжірибелік өлшеулер шыны беттерінде жиналған шаң күн радиациясының 5%-30%-ын жоғалтуға әкелуі мүмкін екенін көрсетеді.

2. Шаңның кальцификациясы мен тұнбасының жарық өткізгіштігіне әсері

Шаңның құрамында кальций мен магний оксидтерінің көп мөлшері бар. Фотоэлектрлік модульдердің бетіндегі шаң жаңбыр суымен жанасқанда, аз мөлшерде кальций мен магний иондары жаңбыр суына еріп, фотоэлектрлік модульдердің шыны бетіне қайта жабысып, кальций мен магний қақтарының қалың және қатты қабатын түзеді. Қақ пайда болғаннан кейін оны кетіру оңай емес және фотоэлектрлік модульдердің электр қуатын өндіру өнімділігіне айтарлықтай әсер етеді. Ауыр жағдайларда, тіпті кейбір фотоэлектрлік элементтерде ыстық нүктелер сияқты мәселелерді тудыруы мүмкін.

• Фотоэлектрлік модульдердің температурасына шаңның әсері

Шыңдалған әйнектің бетіне жабысқан шаң күн радиациясының бір бөлігін сіңіріп, оны жылу энергиясына айналдыра алады, осылайша фотоэлектрлік модульдердің жұмыс температурасын арттырады, жылудың таралуына әсер етеді және фотоэлектрлік модульдердің жылу-температура әсерін одан әрі күшейтеді, осылайша фотоэлектрлік энергия өндіру өнімділігіне әсер етеді.

Сондықтан, фотоэлектрлік жүйелерді пайдалану және техникалық қызмет көрсету кезінде фотоэлектрлік беттегі шаңның фотоэлектрлік энергия өндіруге әсеріне ерекше назар аудару қажет. Фотоэлектрлік модульдердің бетін таза ұстау және электр станциясының тиімді жұмысын қамтамасыз ету үшін уақтылы тазалау қажет.

Фотоэлектрлік модульдердегі шаңды бақылау мәселесін шешу үшін біз 2024 жылдың 1 қаңтарында нысаналы аймақты суретке түсіру үшін XIGUANG-003 гиперспектрлік спутнигін пайдаландық. Алынған кескіннің жер үсті ажыратымдылығы 10 метр және толқын ұзындығы 150 спектрлік жолақ болды. Біз фотоэлектрлік панель аймақтарын анықтап, бөліп алдық және шағылыстыру қабілетіне негізделген шаң жамылғысын бағаладық.

△2-сурет Шөл даладағы фотоэлектрлік электр станциясының схемалық диаграммасы

△3-сурет Фотоэлектрлік панельдерді үнемі тазалау

△4-сурет. Бенбан фотоэлектрлік электр станциясының орналасқан жері

△5-сурет. Зерттеу аймағының біріктіруден кейінгі гиперспектрлік шынайы түсті кескіні

Біз жоғары ажыратымдылықтағы гиперспектрлік деректерді алу үшін жоғары ажыратымдылықтағы панхроматикалық деректерді гиперспектрлік деректермен біріктіреміз, содан кейін беттік шағылысу деректерін алу үшін радиометриялық калибрлеу және атмосфералық түзету жүргіземіз, осылайша фотоэлектрлік панель аймағындағы әрбір жолақтың шағылысуын талдаймыз.

△6-сурет Бенбан фотоэлектрлік электр станциясының жанындағы көрнекті орындар

△7-сурет. Бенбан фотоэлектрлік станциясының жанындағы жер бетіндегі нысандардың шағылысу қабілеті (шағылысу мәндері 1000 есе үлкейтілген)

6 және 7 суреттерде көрсетілгендей, фотоэлектрлік панельдердің, орталықтан суарылатын ауыл шаруашылығы жерлерінің және басқа да жер беттерінің үлгілері белгіленді. Осы үш жер түріне тән шағылысу қисықтары айтарлықтай айырмашылықтарды көрсететінін көруге болады. Шөл беттерінің шағылысуы барлық толқын ұзындықтарында жоғары, ал ауыл шаруашылығы жерлерінің шағылысуы 450-560 нм диапазонында фотоэлектрлік панельдерге қарағанда жоғары, содан кейін төмендейді. Сондықтан, шағылысудағы осы айырмашылықтарға сүйене отырып, жер ерекшеліктерін жіктеу үшін машиналық оқыту әдістерін қолдануға болады.

△8-сурет. 2023 жылғы зерттеу аймағының жел раушанының диаграммасы

Біз сондай-ақ 2023 жылы зерттеу аймағы үшін күнделікті жел бағыты туралы деректерді алдық және 8-суретте көрсетілгендей, шаң жиналуының кеңістіктік таралуын тексеру үшін жел раушанының диаграммасын жасау үшін жел бағытының жиілігін есептедік. Зерттеу аймағындағы басым жел бағыттары солтүстік-батыс және солтүстік-солтүстік-батыс болып табылады. Біз 10-суретте шаңды жабу картасында басым жел бағыттарын белгіледік.

*Деректер көзі: Дүниежүзілік энергетикалық ресурстарды болжау

△9-сурет. Шаң жиналу деңгейлері әртүрлі фотоэлектрлік панельдердің шағылыстыру қабілетіндегі айырмашылықтар

10-сурет. 2024 жылғы 1 қаңтардағы зерттеу аймағының шаң жамылғысының картасы

Фотоэлектрлік панельдердің шағылысуындағы айырмашылықтарға сүйене отырып, біз шаңды жабу картасын жасадық. Содан кейін біз 9-суретте көрсетілгендей, шағылысу айырмашылықтарын тексеру үшін солтүстік-батыс және оңтүстік-шығыс екі аймақты таңдадық. Шаңды жабуы жоғары фотоэлектрлік панельдер шағылысуының айтарлықтай жоғарылағанын көрсетті. Сонымен қатар, шаңды жабудың кеңістіктік таралуы солтүстік-батыстан оңтүстік-шығысқа қарай төмендеу үрдісін ұстанды, бұл көбінесе басым жел бағытымен сәйкес келеді. Нақты жағдайлар фотоэлектрлік панельдердің бұрышының өзгеруіне немесе әртүрлі аймақтық үлгілерге әсер етуі мүмкін болса да, бұл карта шаңның жиналуына салыстырмалы түрде интуитивті шолу жасайды.

Көп көріністі деректерді алғаннан кейін, уақыт қатары ақпараты арқылы шаңның жиналу үлгілерін одан әрі талдауға, метеорологиялық деректерді біріктіру арқылы шаңның жабынын болжауға, келесі тазалау уақытын дәл бағалауға және электр қуатын өндіру статистикасын біріктіру арқылы тиісті тазалау циклдарын есептеуге болады, осылайша тазалау жұмыстарын алдын ала ұтымды жоспарлауға, өндіріс тиімділігін арттыруға және тазалау шығындарын азайтуға болады. Сонымен қатар, шағылыстыру мен шаңның жабынының нақты сандық бағалауы арасындағы байланысты талдау үшін жердегі тәжірибелерді біріктіруге болады, бұл шаңның жабынын бақылаудың дәлдігін одан әрі арттырады.