Znečistenie má veľký vplyv na výkon fotovoltaických systémov. Prach, nečistoty, peľ, priemyselné znečisťujúce látky alebo morská soľ upchávajú fotovoltaické moduly a znižujú priepustnosť slnečného žiarenia, čo vedie k stratám energie a vyšším prevádzkovým nákladom.
Vplyv znečistenia závisí od miestnych podmienok a líši sa podľa regiónu, podnebia, ročného obdobia a času. Pochopenie tohto geografického a časového rozloženia je kľúčom k presným odhadom výnosov a efektívnemu plánovaniu čistenia.
Globálne mapy znečistenia, ktoré sú teraz k dispozícii v Solargis Prospect, poskytujú neoceniteľný pohľad na vzory znečistenia po celom svete a pomáhajú prevádzkovateľom fotovoltaických zariadení prijať potrebné opatrenia na minimalizáciu ich vplyvu.
V spoločnosti Solargis sme vyvinuli globálny model znečistenia založený na koncepčnom prístupe, ktorý predstavili Coello a Boyle (2019). Ich práca ukázala, ako je možné premeniť environmentálne podmienky na merateľné vplyvy na výkon.
Model Solargis má podobnú štruktúru, pričom prispôsobuje najnovšie poznatky z fyziky usadzovania častíc konkrétnemu prípadu fotovoltaických modulov a aplikuje ich v globálnom meradle s využitím konzistentných vstupných dátových súborov.
Okrem toho prekonáva konštrukčné obmedzenia pôvodného modelu (ktorý sa prirodzene nasýti pri strate približne 34 %) tým, že predefinuje odozvu tak, aby správne reprezentovala regióny, v ktorých dochádza k výraznému hromadeniu častíc.
Strata spôsobená znečistením sa kvantifikuje pomerom znečistenia, ktorý porovnáva očakávanú výrobu energie čistého fotovoltaického modulu s výkonom v znečistených podmienkach. V tomto článku sa podrobnejšie venujeme metodike a vzorcom.
Výsledky sú vyjadrené ako percento efektívnej straty slnečného žiarenia spôsobenej nahromadenými časticami. Model zohľadňuje aj montážnu konštrukciu a geometriu fotovoltaických modulov, keďže systémy s pevným sklonom a sledovacie systémy vykazujú odlišné usadzovanie nečistôt.
Zohľadňuje sa ajprirodzené čistenie. Dažďové zrážky odstraňujú časť nahromadených častíc a ich účinnosť závisí od charakteru zrážok. Slabé alebo krátke dažde môžu mať obmedzený účinok, zatiaľ čo silnejšie alebo dlhšie dažde môžu povrch dôkladnejšie vyčistiť a obnoviť úroveň znečistenia.
Model znečistenia Solargis vyhodnocuje každý zrážkový úkaz na základe jeho intenzity a trvania, čo umožňuje realistickejší odhad toho, ako často sa moduly prirodzene čistia.
Vstupné údaje zohrávajú v modeli kľúčovú úlohu.
Dvoma kľúčovými parametrami na odhad usadzovania častíc sú koncentrácie PM2,5 a PM10. Tieto súbory údajov sa vytvárajú prostredníctvom harmonizačného procesu, ktorý kombinuje viacero nezávislých zdrojov s cieľom zabezpečiť konzistentné globálne pokrytie.
Meteorologické premenné, ako sú teplota vzduchu, atmosférický tlak, rýchlosť vetra a zrážky, sa odvodzujú z dátových súborov reanalýzy ERA5 a ERA5-Land (ECMWF a Copernicus).
Výsledný ukazovateľ, t. j. strata spôsobená znečistením, poskytuje priame meranie vplyvu na výkonnosť. Umožňuje konzistentné porovnávanie medzi regiónmi a ročnými obdobiami a pomáha identifikovať miesta, kde má znečistenie najsilnejší vplyv na prevádzku.
Obrázok 1: Časová séria denných priemerných hodnôt strát spôsobených znečistením pozorovaných a odhadnutých modelom. Zobrazené sú aj denné kumulatívne hodnoty zrážok a udalosti ručného čistenia. Zdroj: https://kb.solargis.com/docs/soiling-losses
V spoločnosti Solargis prevádzkujeme model na globálnej úrovni s denným časovým krokom za obdobie 1994–2024. Výsledná mapa znázorňuje dlhodobý priemerný vplyv strát spôsobených znečistením.
Predstavuje prognózované zníženie GTI, globálneho šikmého slnečného žiarenia dopadajúceho na optimálne naklonené pevne namontované fotovoltaické moduly. Hodnoty sú vyjadrené v percentách a sumarizujú typický dlhodobý vplyv znečistenia v každej lokalite.
Globálna mapa ukazuje veľmi nerovnomerné rozloženie intenzity znečistenia.
Nízka úroveň znečistenia sa vyskytuje v regiónoch s obmedzeným obsahom častíc v atmosfére alebo s častými zrážkami, ktoré zabezpečujú pravidelné prirodzené čistenie. V týchto oblastiach, znázornených na mape svetlými farbami, priemerná ročná strata slnečných zdrojov zriedka presahuje 5 %. Do tejto kategórie patrí väčšina Európy, Ruskej federácie, Severnej Ameriky, tropickej Latinskej Ameriky a tropickej Afriky.
Iné regióny vykazujú vysoké koncentrácie častíc, ako napríklad Stredná Ázia, severná India a východná Čína. Tieto oblasti však zaznamenávajú aj intenzívne sezónne zrážky, ktoré čiastočne kompenzujú usadzovanie nečistôt tým, že čistia povrch modulov. Aj napriek tomuto efektu môžu priemerné ročné straty spôsobené znečistením prekročiť 10 % a na niektorých miestach môžu dosiahnuť až 30 %.
Obrázok 2: Globálna súhrnná mapa údajov z modelu strát spôsobených znečistením Solargis.
Najvyššie úrovne znečistenia sa vyskytujú v suchých zónach s trvalým prachom a minimálnymi zrážkami. Najsilnejší vplyv vykazujú oblasť Sahary, Arabský polostrov a púšť Gobi. V týchto oblastiach, ktoré na mape znázorňujú najtmavšie farby, môže fotovoltaický modul, ktorý sa nečistí, stratiť za rok viac ako 50 % využiteľného slnečného žiarenia. Zrážky sú zriedkavé a často slabé, čo má za následok len obmedzené prirodzené čistenie v priebehu roka.
Obrázok 3: Dlhodobé mesačné vzory strát spôsobených znečistením pre tri lokality z rôznych kontinentov (pozri mapu vyššie). Všetky tri lokality majú takmer identické ročné priemery (6,9 – 7,2 %, označené čiernou bodkovanou čiarou). Ich sezónne rozloženie sa však výrazne líši, čo poukazuje na to, kedy prináša čistenie najväčší prínos.
Je dôležité poznamenať, že mapa nezohľadňuje veľmi lokálne zdroje znečistenia. Ľudská činnosť, ako je ťažba nerastných surovín, ťažký priemysel, nesprávne poľnohospodárske postupy alebo jednoducho blízkosť prašných ciest, môže v lokálnom meradle spôsobiť značné usadzovanie častíc.
V dôsledku toho môžu lokality, ktoré sa na mape javia ako málo znečistené, v praxi napriek tomu vykazovať silné znečistenie v dôsledku týchto miestnych vplyvov.
Minimalizácia energetických strát spôsobených znečistením začína starostlivým plánovaním projektu a návrhom systému.
Pri výbere lokality by sa mal zohľadniť miestny potenciál strát spôsobených znečistením a charakteristiky zrážok. V regiónoch s vysokým rizikom môže použitie povlakov proti znečisteniu alebo výber modulov s hladkým povrchom tiež znížiť ulpívanie prachu a zlepšiť samočistenie.
Rovnako dôležité sú prevádzkové stratégie. Pravidelné monitorovanie energetického výstupu a miery znečistenia pomáha určiť, kedy je čistenie ekonomicky opodstatnené. Frekvenciu a stratégie čistenia je možné optimalizovať na základe modelovaných historických údajov o stratách spôsobených znečistením a zrážkových udalostiach. V prípade veľkých inštalácií môžu automatizované čistiace systémy alebo robotické čističe znížiť náklady na pracovnú silu a spotrebu vody.
Modely znečistenia môžu pomôcť pri rozhodovaní o frekvencii čistenia a celkovej údržbe. Sledovaním miery znečistenia a odhadom denného alebo týždenného nahromadenia môžu prevádzkovatelia určiť, kedy strata energie odôvodňuje čistenie. To umožňuje prístup založený na údajoch, ktorý optimalizuje náklady, spotrebu vody a pracovnú silu pri zachovaní vysokého výkonu FV zariadení.
K údajom o prirodzenom znečistení fotovoltaických modulov máte na platforme Solargis prístup na viacerých úrovniach:
1. Globálna mapa v Solargis Prospect
Poskytuje prognózy dlhodobých ročných a mesačných priemerov strát spôsobených prirodzeným znečistením. Táto vrstva mapy vám pomáha pochopiť priestorovú variabilitu, porovnávať lokality a regióny a analyzovať typické mesačné vzory. Podporuje tiež plánovanie v ranom štádiu tým, že ponúka predbežný prehľad o potrebách a stratégiách čistenia.
2. Simulácie FV systémov v rámci predbežnej realizovateľnosti v Solargis Prospect
Poskytujú údaje o úrovniach mesačných strát spôsobených znečistením a umožňujú ich úpravy.
3. Pokročilé simulácie FV v Solargis Evaluate
Poskytujú vizualizáciu časových radov údajov o stratách spôsobených znečistením, simuláciu FV na základe dlhodobých mesačných priemerov a podporujú ručné nastavenie udalostí čistenia
V rámci súvisiacich poradenských služieb Solargis môžete získať aj podrobnú kapitolu správy o potenciálnych stratách spôsobených znečistením.
Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie informácie, kontaktujte nás a radi vám pomôžeme.
