Оценка эффективности уборки снега фотоэлектрическими электростанциями на основе гиперспектральной технологии.

Фотоэлектрическая электростанция «Далад Топ-Раннер» расположена в Даладском хребте, Внутренняя Монголия, в регионе средних широт, примерно на 40 градусах северной широты. Зимой здесь низкие температуры и часто выпадает снег. Накопившийся снег отражает солнечный свет, и на закаленной стеклянной поверхности фотоэлектрических панелей под ним легко образуется лед, который трудно быстро растопить, блокируя солнечный свет и серьезно влияя на эффективность выработки электроэнергии. Разумный и экономичный метод быстрого таяния и удаления снега не только помогает увеличить выработку электроэнергии на фотоэлектрической электростанции и снизить трудозатраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, но и имеет значительную практическую ценность.

Типичные методы уборки снега на фотоэлектрических электростанциях

1. Ручная уборка снега
В обычных условиях фотоэлектрические электростанции могут полагаться только на квалифицированный персонал, который сгребает снег мягкими материалами. Этот метод неэффективен и требует больших трудозатрат и ресурсов, особенно при работе на сложном рельефе или при работе с модулями, расположенными высоко над землей. В настоящее время большинство фотоэлектрических электростанций по-прежнему используют самый традиционный метод ручной уборки снега.

2. Роботизированная уборка снега

Широко используемые самоходные роботы для очистки фотоэлектрических панелей подходят для крупных фотоэлектрических электростанций, но они дороги и не подходят для небольших электростанций. Кроме того, их устойчивость в условиях низких температур требует дальнейшей проверки.

3. Автоматическая уборка снега с помощью направляющей скобы.

Регулировка углов наклона аккумуляторных модулей до максимального значения во время снегопада способствует скольжению снега и эффективно уменьшает его накопление на поверхности модулей. После того, как снег растает, аккумуляторные модули возвращаются в нормальное положение. Однако этот подход подходит только для систем с отслеживанием положения, таких как горизонтальные одноосевые, наклонные одноосевые и двухосевые системы слежения; его сложно реализовать с фиксированными кронштейнами.

4. Преимущества двухсторонних модулей с двойным остеклением для уборки снега.

После снегопада поверхность земли покрывается снегом, что увеличивает ее способность отражать солнечный свет. Это повышает отражательную способность обратной стороны модулей, увеличивая их способность к выработке электроэнергии. Обратная сторона двухстороннего фотоэлектрического модуля с двойным стеклом может продолжать вырабатывать электричество за счет фотоэлектрического преобразования посредством диффузного отражения от снега на земле. Тепло, выделяемое в процессе этого преобразования, также быстро растапливает снег на лицевой стороне модуля, образуя слой воды. Это уменьшает трение между снегом и модулем, а сила тяжести позволяет снегу соскальзывать, минимизируя площадь и продолжительность снежного покрова на лицевой стороне модуля. Предполагается, что снег на лицевой стороне двухстороннего фотоэлектрического модуля с двойным стеклом может быть очищен примерно за 1-3 часа. Эффект удаления снега еще лучше при использовании в сочетании с системой снегоуборки с отслеживающим кронштейном.

Типичные методы уборки снега на фотоэлектрических электростанциях

5. Технология таяния снега, основанная на электротермическом принципе PN-перехода фотоэлектрического модуля.

Когда фотоэлектрический модуль используется в качестве нагрузки, и на его положительный и отрицательный выводы подается положительное напряжение, благодаря структуре PN-перехода внутри модуля генерируется однонаправленный ток. Этот принцип работы аналогичен принципу работы светодиода (LED). Из-за разницы энергетических уровней PN-перехода и сопротивления полупроводниковой области, при прохождении электронов в полупроводниковой области внутри фотоэлектрического модуля генерируется энергия, которая преобразуется в тепло, тем самым повышая температуру модуля и действуя как средство для таяния снега.

Однако в районах с низкими температурами окружающей среды, поскольку фотоэлектрические модули устанавливаются на открытом воздухе, а задние панели модулей быстро рассеивают тепло, повышение температуры при использовании электротермического принципа на основе PN-перехода очень ограничено. Поэтому это решение не оказывает существенного влияния на таяние снега и имеет определенные ограничения. Кроме того, требуется внешний источник питания смещения, причем на каждые 1-2 цепочки модулей должен быть выделен один источник питания. Это означает, что электростанция большой мощности должна быть оснащена несколькими такими блоками, что приведет к высоким инвестиционным затратам и ограничению области применения.

6. Расположение нагревательных кабелей

Внутренний сердечник нагревательного кабеля состоит из холодных и горячих проводов, а внешний слой включает в себя изоляционный слой, заземляющий слой, экранирующий слой и внешнюю оболочку. При подаче напряжения горячие провода нагреваются и работают в диапазоне температур 40–60 °C. Заглубленный в заполняющий слой, нагревательный кабель передает тепло принимающему телу посредством теплопроводности (конвекции) и дальнего инфракрасного излучения (8–13 мкм). Распределенные фотоэлектрические электростанции могут быть установлены вокруг фотоэлектрических модулей, водостоков и водосточных труб. При накоплении снега активируется режим обогрева для быстрого растапливания снега, но инвестиционные затраты относительно высоки.

В рамках проекта Dalat Phase II используются двухсторонние фотоэлектрические панели с двойным стеклом и системой слежения для уборки снега, что позволяет значительно повысить скорость уборки снега и увеличить эффективность выработки электроэнергии примерно на 15%.

△ Рисунок 1. Сравнение площади и снежного покрова первой и второй фаз Далата.

△ Рисунок 2. Сравнение отражательной способности фотоэлектрических панелей в фазах I и II проекта Dalate (отражательная способность увеличена в 10 000 раз)

△ Рисунок 3. Сравнение отражательной способности фотоэлектрических панелей после таяния снега в Далате, фаза I и фаза II (отражательная способность увеличилась в 10 000 раз)

CAS Xiguang Aerospace - Мониторинг снежного покрова

Используя гиперспектральные спутники для непрерывного мониторинга фотоэлектрической электростанции Далате, мы получили данные изображений, снятые в периоды снежного покрова и отсутствия снега, и выполнили атмосферную коррекцию для расчета средней отражательной способности первой и второй фаз проекта.

На рисунке 1 наглядно показана территория проекта, что позволяет легко определить наличие снежного покрова. Проект I фазы демонстрирует значительно больший снежный покров, в то время как проект II фазы не показывает заметного накопления снега. На рисунке 2 показана средняя разница в отражательной способности между проектами I и II фазы под снежным покровом. Фаза I демонстрирует значительно более высокую отражательную способность, чем Фаза II, с пиковым увеличением отражательной способности примерно на 11,8% в диапазоне длин волн 450-850 нм, что указывает на больший снежный покров. Эта более высокая отражательная способность приводит к потерям энергии и снижению эффективности выработки электроэнергии. На рисунке 3 сравнивается отражательная способность Фазы I и II после таяния снега, показывая, что отражательная способность обеих фаз в основном возвращается к аналогичным уровням после таяния снега.

Выводы исследования и его применение

Разница в отражательной способности между первой и второй фазами проекта подтвердила, что новые двухсторонние фотоэлектрические модули с двойным стеклом, использованные во второй фазе в сочетании с системой слежения, обладают лучшим эффектом удаления снега.

Комбинация Мониторинг пыли на фотоэлектрических панелях на основе гиперспектрального дистанционного зондированияЭто свидетельствует о том, что технология гиперспектрального дистанционного зондирования имеет определенную практическую ценность для крупномасштабного мониторинга состояния фотоэлектрических панелей в различных условиях окружающей среды.