Định lượng bụi bẩn trong vận hành bảo trì nhà máy điện mặt trời

Phần lớn các địa điểm có dự án điện mặt trời hấp dẫn đều bị ảnh hưởng bởi tổn thất do bụi bẩn, nghĩa là tổn thất do đất cát bẩn, bụi, tuyết và các phần khác bao phủ bề mặt của tấm pin mặt trời. Bụi có thể bắt nguồn từ một số nguồn, bao gồm ô nhiễm do gió, các hoạt động xe cộ và vv.

Bài báo này, dựa trên một cuộc hội thảo trên web Solarplaza gần đây về 'Định lượng phủ bụi tấm pin: phân tích số liệu và các phương pháp xử lý sáng tạo ' – xem video và bài trình bày đầy đủ tại đây. Mục đích của hội thảo là để tối ưu hóa giai đoạn hoạt động của các nhà máy điện mặt trời và danh mục đầu tư dự án điện mặt trời. 

Ngành năng lượng mặt trời của châu Âu hiện nay đang phải đối mặt với một viễn cảnh mới của cả những thách thức và cơ hội, ví dụ như các mô hình kinh doanh mới, mua bán hợp nhất, cân bằng lưới điện và thị trường điện lớn hơn. Để đối phó với những thách thức này và nắm bắt cơ hội ở những thị trường mới, quản lý tài sản phù hợp tạo ra sự khác biệt thực sự khi nói về khả năng sinh lợi và tính bền vững của sự thành công.

Tổn thất do bụi và đo lường tác động của nó

Tổn thất do bụi phụ thuộc vào địa điểm. Các lớp bụi tích lũy theo thời gian làm khuếch đại ảnh hưởng ô nhiễm, ảnh hưởng đến năng lượng tổng thể được tạo ra bởi tấm pin mặt trời theo tuần. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất bẩn, chẳng hạn như cường độ đất, kích thước thực vật, độ nghiêng của dãy pin và khí hậu địa phương. Các khu vực có lượng mưa cao hơn có xu hướng chiếm tỷ lệ phần trăm tổn thất điện năng thấp hơn do mưa có hiệu ứng làm vệ sinh bề mặt các tấm pin. Do đó, không có gì đáng ngạc nhiên rằng cường độ bụi cũng như ảnh hưởng ô nhiễm tương đối tồi tệ hơn ở các địa điểm có khí hậu và địa hình giống như sa mạc (như thể hiện trong hình 1).

Hình 1. Nguồn gây bụi

Độ bụi được đo bằng hệ số Tổn thất truyền dẫn. Tần suất đo được xác định bởi các yếu tố khác nhau bao gồm kích thước, độ đồng nhất, địa hình và gió. Hơn nữa, tỷ lệ ô nhiễm có thể thay đổi trong ngày, phụ thuộc vào vị trí của mặt trời và góc bức xạ mặt trời; mặt trời càng thấp, ảnh hưởng của bụi bẩn càng lớn hơn, và do đó thiệt hại kinh tế càng lớn hơn.

Các phương pháp thông thường để đo độ bẩn được thực hiện tương đối tốt từ lập trường kỹ thuật: bao gồm hai tấm pin, một trong hai tấm được giữ sạch sẽ – bằng cách sử dụng robot hoặc lao động thủ công – trong khi tấm kia để bẩn. Donald van Velsen và nhóm của ông tại hãng Kipp & Zonen đã tạo ra một công nghệ mới để đo độ bẩn có tên là Dust IQ (hình 2), giá cả phải chăng hơn so với công nghệ hiện tại và đòi hỏi ít bảo trì. Dust IQ có trọng lượng khoảng 4kg và có khả năng kết nối chung cho phép các nhà vận hành kết nối nhiều Dust IQ để tạo thành một chuỗi trong toàn bộ hệ thống. Dust IQ sử dụng công nghệ đo lường độ bụi tối ưu – mỗi phút đo phản xạ mặt trời từ dưới lên và sau đó có thể chuyển thành dữ liệu tổn thất bụi bẩn trong thời gian thực. Dust IQ, như tên gọi cho thấy, chỉ nhạy cảm với bụi chứ không phải tuyết. Sự mở rộng công nghệ này dự kiến sẽ được thương mại hóa vào đầu năm 2018.

Hình 2. Thiết bị Dust IQ và kích thước

Định lượng bẩn bằng cách sử dụng phân tích dữ liệu tiên tiến

Gerhard Mütter và nhóm của ông từ Alternative Energy Solutions cũng đã phát triển một phương pháp mới để đo độ bẩn, sử dụng phân tích dữ liệu tiên tiến gọi là AES PIT (Hình 3). Đây thực chất là một hộp công cụ thuật toán cho máy tính tự học. Các thuật toán này được phát triển dựa trên dữ liệu hiện trường và do đó xem xét các yếu tố môi trường. Tuy nhiên, con số kết quả và các thuật toán được điều chỉnh theo toán học để tránh bất kỳ sai lầm nào mà chúng có thể gây ra. Sự khác biệt chính giữa giám sát bình thường và sử dụng phân tích dữ liệu tiên tiến được mô tả tốt nhất là sự khác biệt giữa việc có một bức tranh của nhà máy, đó là một ảnh chụp nhanh tạm thời, so với một bộ phim của nhà máy, hiển thị tất cả các chi tiết đơn lẻ xảy ra trong quá trình hoạt động của nhà máy đó. Ngoài ra, bằng phương tiện khai thác dữ liệu thông qua AES PIT, số lượng bụi bẩn có thể được tính cho mỗi đơn vị nhỏ, được sử dụng để tạo ra một phân tích chi phí-lợi ích để quyết định có cần làm sạch tấm pin hay không. Các tấm pin mặt trời khác nhau về sự tích tụ bụi tùy thuộc vào góc nghiêng, loại kính được sử dụng, lớp phủ và khung. Ví dụ, hầu hết các tấm pin dạng màng mỏng không có khung, do đó cho phép mưa để làm sạch bụi bẩn. Trên thực tế, một nghiên cứu tình huống về nhà máy điện mặt trời 250 MW do Gerhard Müttert tiến hành cho thấy nửa lít mưa trong 15 phút có tác dụng tương tự để làm sạch bằng tay.