Tak zapylenie wpływa na wydajność modułu fotowoltaicznego

Nawet o kilkadziesiąt procent może spaść wydajność modułu fotowoltaicznego w wyniku osadzenia się na jego powierzchni warstwy kurzu. Zabrudzenia mogą również wpływać na wyższą temperaturę pracy urządzenia.

Międzynarodowa grupa badaczy z pakistańskiego Narodowego Uniwersytetu Nauki i Technologii (NUST), Islamskiego Uniwersytetu Bahawalpur oraz brytyjskiego Uniwersytetu w Warwick przeprowadziła badania mające na celu sprawdzenie, w jakim stopniu zabrudzenie modułu fotowoltaicznego w wyniku jego zapylenia oddziałuje na wydajność jego pracy.

Realne warunki testów

Badanie sprowadzało się do porównania pracy dwóch systemów fotowoltaicznych zlokalizowanych w dwóch skrajnych regionach Pakistanu. Pierwsza lokalizacja to Islamabad, czyli stolica Pakistanu położna w północno-wschodniej części kraju. Jak twierdzą badacze, region jest względnie czysty i ciepły, a średnia roczna temperatura osiąga około 20,3 st. C. Nawet najbardziej suchy miesiąc charakteryzuje się względnie dużą ilością opadów, co w teorii pozytywnie wpływa na czystość modułów PV.

REKLAMA

Druga lokalizacja to miejscowość Bahawalpur we wschodnim Pakistanie w prowincji Pendżab. Miasto jest położone w pustynnym suchym klimacie, praktyczne bez opadów, ale za to z często występującymi wiatrami i burzami piaskowymi. Średnia roczna temperatura powietrza w tym rejonie to 26,1 st. C.

Testy terenowe prowadzono jednocześnie w dwóch lokalizacjach przez sześć tygodni w okresie od 1 czerwca do 16 lipca 2022 r. Układ eksperymentalny składał się z systemu fotowoltaicznego, układu pomiarowego do określenia gęstości zapylenia i składu pyłu oraz analizatora chemicznego. Pomiarów dokonywano w dwóch lokalizacjach mniej więcej w tym samym okresie przy względnie tożsamych warunkach pogodowych.

Sam zestaw fotowoltaiczny w każdej z lokalizacji składał się z dwóch polikrystalicznych modułów zamontowanych obok siebie w kierunku południowym pod stałym kątem nachylenia. Jeden z modułów w każdym zestawie był regularnie czyszczony, podczas gdy drugi nie był czyszczony w ogóle i stanowił próbę badaną.

REKLAMA

Podstawowe parametry modułu fotowoltaicznego to: moc 40 W, napięcie obwodu otwartego (Voc) 21,6 V, prąd zwarciowy (Isc) 2, 27 A.

Bezdyskusyjnie negatywny wpływ

W ramach prac badawczych naukowcy przeanalizowali m.in. gęstość pyłu osadzającego się na powierzchni modułów w poszczególnych lokalizacjach. Ocenili, że ilość pyłu osadzona na module zlokalizowanym w Islamabadzie wyniosła 6,388 g/m2, przy średniej dziennej wynoszącej 0,152 g/m2. W drugiej lokalizacji (Bahawalpur) całkowite nagromadzenie pyłu wyniosło 10,254 g/m2, a średnia dzienna wyniosła 0,244 g/m2, co może mieć związek z mniejszą ilością opadów w pustynnym rejonie Bahawalpuru.

Po obróbce zebranych danych naukowcy ustalili, że spadek mocy wyjściowej w przypadku zapylonego modułu pracującego w Islamabadzie względem próby referencyjnej wyniósł 15,08 proc. Z kolei moduł nieczyszczony, ale pracujący w rejonie Bahawalpuru wykazał się redukcją mocy wyjściowej aż o 25,42 proc. w stosunku do modułu regularnie czyszczonego.

Co z temperaturą?

Ciekawe jest także ustalenie badaczy, że nie tylko fizycznie zalegający pył wpływa negatywnie na pracę modułu fotowoltaicznego. Otóż okazuje się, że ten sam pył powoduje również zakłócenia w utrzymaniu jednolitej temperatury pracy modułu, co powoduje problemy z punktową wymianą ciepła i może prowadzić (w dłuższym okresie) do powstawania tzw. hotspotów.

Efekty swoich dotychczasowych obserwacji badacze opisali w badaniu pt.: „Effect of dust accumulation on the performance of photovoltaic modules for different climate regions” (Wpływ gromadzenia się pyłu na wydajność modułów fotowoltaicznych dla różnych regionów klimatycznych) opublikowanym w czasopiśmie „Heliyon”.