工业粉尘沉积对光伏模块性能的影响:实验测量在热带地区

文摘

尘埃粒子堆积影响户外太阳能光伏太阳能电池玻璃的透光率,从而导致重大的转换效率退化由于低辐照度到达表面。在这项研究中,多晶硅光伏模块的敏感性对工业粉尘沉积实验研究了阿鲁沙的热带气候条件下,坦桑尼亚。粉尘参与这项研究来自肥料、石膏、聚合破碎机和煤矿行业。室外实验测量进行了下720 W / m²800 W / m²,900 W / m²太阳辐照度。结果表明,灰尘积累的负面影响多晶硅光伏模块输出功率以及短路电流,但是没有对开路电压产生重大影响。观察最大模块效率损失为64%,42%,30%,29%,煤炭、聚合、石膏和有机肥料尘埃,分别;因此,煤尘是最影响粉尘在四个。也证明了PV模块性能恶化温升由于散热引起的灰尘积累。

1。介绍

全球气候变化、能源安全、和潜在枯竭的化石燃料储备吸引了可再生能源技术开发(1,2]。世界上大约80%的能源消耗来自化石燃料,大大促进了气候变化(3]。可再生能源技术的应用价值是由于少对环境恶化的影响以及无限的资源可用性(4]。远离是可持续的,最有利的可再生能源(太阳能象征着5]。收获通过使用太阳能光伏(PV)生产的电力系统是深思熟虑的潜在市场领域的可再生能源(6,7]。电力生产通过太阳辐射的转换成电能实现光生伏打效应的结果(8- - - - - -10]。能量转换通过光伏技术的使用不会引起严重的环境挑战比传统发电来源,如化石燃料(11]。目前的光伏系统的转换效率在不同效率近似7到40%不等(12,13]。

光伏系统操作模块包括功能,如技术、电池类型和变换器拓扑。尽管这些特性,光伏系统暴露于环境因素如老化、辐射、黑斑、温度变化、风、和灰尘积累(14- - - - - -16]。气候变化导致阳光可用性变化导致空气温度上升,这可能会影响性能的光伏模块的效率。太阳能跟踪技术已经出现帮助光伏系统捕获最大太阳能辐照度从而增加功率输出(17]。粉尘是影响性能的因素之一全球光伏模块输出效率(18- - - - - -20.]。最小的粒度小于500μm是称为粉尘(21,22]。形态结构、组成和沉积的灰尘总是取决于位置特征(23]。减少光伏模块性能高度依赖粒度和灰尘沉积的表面密度模块(24]。沉积面板上的灰尘影响太阳能电池升温,影响细胞作为当前生成的抵抗;这种趋势可能会导致大量的转换效率退化甚至一个热点的形成,最终会损害PV模块(25,26]。由于微粒之间最小的粒子间的距离,少量的太阳辐射可以穿过;因此,它减少了更多的性能模块的效率与更大的粒子(27,28]。

有现有研究粉尘对太阳能光伏性能的影响,但是大部分的信息是只适用于特定位置(29日,30.]。一般来说,缺乏相关信息的影响土壤灰尘沉积在坦桑尼亚为一个特定的位置,可以有效地利用光伏模块的设计和大小。沉积的灰尘在光伏面板阻止太阳辐射进入细胞。密度、成分和粒度分布的累积土壤尘已被证明对权力产生重大影响所产生的阻碍太阳辐射进入细胞通过玻璃罩的面板23]。未觉察到的土壤尘效果可能会带来维护不当的太阳能光伏系统和一些能量损失。

本研究旨在通过实验调查的性能退化光伏模块输出功率由不同类型的工业粉尘沉积造成的。在实现其目标,研究估计灰尘从制造业和矿业产业的影响。研究提供信息,帮助用户更好的维护系统,获得更多的功率输出。

2。材料和方法

2.1。本研究使用的材料

灰尘样本收集的制造业和采矿业位于坦桑尼亚的不同部分。四个尘埃样本(图1)选择有机肥料行业(Minjingu),圣戈班Lodhia石膏行业,矿业总破碎机位于阿鲁沙市和Ngaka煤矿位于Ruvuma-southern坦桑尼亚的一部分。

2.2。粉尘样品制备

粒度分析收集到的样本是在NM-AIST实验室进行的。收集到的样本已筛分成不同粒径范围90μm - 180μ45米,μm - 90μ米,20μm-45μ米筛分析技术。系统由装载不同的筛子筛孔,和最小的筛的最下的堆栈。技术分离粒子从一个更大的规模最小的大小根据筛安排。每个样本被数字重量加权之前放在上层筛;然后,筛设置被放在Retsch振动筛,振动频率配置,Retsch振动筛获准启动和停止后15分钟。Retsch筛摇晃后完成,每个筛被送往数字重量平衡和加权。

2.3。实验装置

实验是在室外环境进行创新技术和能源中心在纳尔逊·曼德拉的非洲科学技术研究所的前提,坦桑尼亚(北纬-3.23°,东经36.47°E)。模型的两个相同的光伏组件生产的SLP100-12 Kishen企业有限公司(江苏、中国)额定最大功率为100 W和45单元(每个105毫米的宽度和长度155毫米)多晶硅在15°倾斜角度面对北;板的电气特征如表所示1。实验的目的是为了评估灰尘沉积的影响在光伏模块;四种不同的粉尘收集来自不同网站进行测试,以评估对PV模块性能的影响。一个模块覆盖着灰尘,而另一个模块被用于输出功率比较干净。肮脏的清洁方法模块可能与细刷(31日),这也是本研究采用清洗被污染的面板。

配件和设备提出了用于实验的测量图2我在哪里H和太阳能光伏模块。USB SSN-11e数据记录器由A和B是附加在后面监视模块操作模块表面的温度。USB SSN-22e数据记录器C是连接到面板框架而其传感器被挂记录空气温度和相对湿度。太阳能仪表测试工程师132 USB字母D所示,传感器连接到模块的表面(相同的倾角PV模块),是用于监测太阳辐照强度达到模块。此外,变阻器E(负载可变电阻器)和数字万用表G和F用于电流和电压监测。每个模块是连接到数字电压表和电流表;电流和电压是衡量供电变阻器,如图3和线路图在图4;电流电压( )和电压( )相关性研究。

测量在白天晴空条件下进行;光伏模块的性能退化评估是在三个不同的太阳辐照度720 W / m²800 W / m²,900 W / m²。10 g的重量为每个尘埃样本加权的数字重量平衡。灰尘是均匀分布在模块与一个婴儿爽身粉瓶筛眼覆盖在它前面(图3)。

2.4。数据处理和测量

实验是在三种不同选择太阳能辐照度下的所有四个尘埃样本粒子尺寸范围。在实时条件记录瞬时电流和电压。模块的效率取决于几个因素包括面板的设计和维护、温度和太阳辐照度( ),这可以通过以下公式计算: 在哪里面板的表面面积。从单个模块效率、性能效率损失的光伏模块可以通过方程计算(3(),通过使用关系32]:

3所示。结果与讨论

本节提出了从实验获得的数据测量和分析。第一部分是关于天气条件的变化在实验研究中测量区域。光伏模块性能、功率和电流输出下降由于灰尘沉积;光伏组件效率第二部分所示。在最后一部分,分析的结果给出关于温度的影响和不同类型和粒子大小的尘埃在光伏模块的性能。

3.1。天气条件的变化

图中描述5,在研究区数据收集期间,有波动的天气条件,即。、太阳辐射、相对湿度和环境温度。观察到太阳辐射是高从上午12:00到下午03:00;此外,环境温度对03:00点增加从早晨。此外,相对湿度高在早上的时间和减少对中午;这表明,随着光照强度的增加,相对湿度降低。短期变化的气象参数通常由变幻内气氛。

3.2。光伏功率和效率损失为清洁面板温度

在这项研究中,功率和效率损失研究了温度对光伏模块;评估是清洁模块完成的。改变的力量产量和效率由于温度效应在不同太阳辐照度(720 W / m²800 W / m²,900 W / m²)进行评估(表2)。实验结果证明,温升降低和模块效率。最小和最大温度模块被观察到30.0°C和48.6°C,分别为,上升到额定功率的97%,相应地下降到最低水平的63%。在 W / m²和 °C, W是非常接近额定值,效率也很高, 。平均,下降了1.3 - -1.8 W和效率降低~ 0.3%,每个温度上升的学位。

3.3。灰尘对PV模块温度的影响

灰尘积累在光伏模块操作温度也对细胞的影响。观察了实验测试期间总粉尘粒度20-45时μm是沉积/模块,即温差之间的干净和脏模块之间被观察到的不同(图1°C和9°C6)。电池工作温度的突然崛起的模块(十一10点钟)发生,可能是由于太阳辐照度的突然崛起。此外,增加或减少在细胞操作温度也取决于太阳辐照强度达到面板表面。我们对影响光伏面板上的灰尘观察温度是同意所做的研究(33),观察报道,肮脏的模块温度较高而干净的一个。由于灰尘积累,传入的太阳照射在面板往往是阻碍。沉积灰尘也会导致散热脏模块(34]。这就是为什么脏模块的温度高于清洁。

3.4。灰尘对太阳能光伏性能的影响

大量的10 g从总粉尘颗粒大小45 - 90μm是均匀分布于该模块前测量。数据是操作电气参数,电压,电流,功率输出,同时干净和脏的模块。之间有电压差~ 0.5 V干净和脏的模块,在肮脏的模块电压被观察到更高的(图7)。检查,电流和功率输出线性增加太阳能辐射强度如图7 (b)和7 (c)。然而,当前的下降由于灰尘沉积范围在1.0和1.5之间,和输出功率下降20 W-40 W。

此外,实验测量和所有测试样品在不同辐照度的曲线,但在这篇文章中,和微粒(20-45曲线μ米)从煤尘被选来代表(图8)由于煤尘微粒已经观察到影响大多数模块性能比其他样本。720 W / m²800 W / m²,900 W / m²辐照度,输出电流( )减少由于灰尘沉积为53%,56%,和32%,分别。

3.5。分析的结果

3.5.1。 , ,和损失灰尘沉积

灰尘和微粒沉积的影响(20-45μ米)的权力和当前表所示3所有四个灰尘类型。已经检查,灰尘积累没有实质性影响开路电压的光伏模块;这个观察与研究[31日]。肮脏的模块的开路电压低于清洁模块在一定程度上为所有太阳能辐照度。灰尘沉积有显著影响短路电流产生的模块。清洁模块可靠地生成更高的输出电流;这一比率(脏)/(清洁)范围从43%到82%以下所有测试灰尘类型所有太阳能辐照度作为描述在表的最后一列3。减少输出电流的差异可能是由于模块接收到的太阳辐照度变化的实时状态。更强的尘埃被认为影响最大功率。的比例(脏)/(清洁)从36%变化到78%为不同类型的灰尘。煤产生的灰尘面板最大幅度降低,(53% - -64%)的两倍多,而干净。少对权力的影响导致肥料和石膏粉尘下降的地方发生了22 - 30%。因此,灰尘积累的负面影响光伏模块输出功率以及短路电流,然而,没有重大影响开路电压。

3.5.2。灰尘类型和粒子大小的影响

灰尘从不同来源收集显示对性能产生不同的影响光伏模块的效率降低。这是观察到的性能损失取决于粉尘类型(图9)。煤尘是观察到影响更高效率损失的四种类型的灰尘。这个事实是很可理解的由于煤炭样品的吸收率最高。接近最低吸收率,因此煤尘的透射率所带来的更少的太阳能源达到它的面板以及额外的加热相比其他类型的灰尘。

此外,所做的研究(35)报道,模块效率损失逐渐增加与减少粒子的大小。在最近的研究中,观察到的微粒也带来更高的性能效率损失的光伏性能如图10。因此,结果同意早期的作者(28)报道,微粒通过抑制太阳能辐照度由于它们之间的最小颗粒间的差距。因此,观察陈述也由[35),微粒的原因是效率损失而产生重大影响更大的粒子。检查最大性能效率损失是64%煤尘粒度20μm-45μ(细粒),而48%的最低效率损失发生在90年μm - 180μ米(大粒子)在800 W / m的辐照度²。此外,对于相同的太阳辐照度和相同的粒子大小、化肥行业的粉尘最大显示有29%和9%的最低效率损失。然而,对于总粉尘测试在900 W / m²,42%是最大效率损失发生在20μm-45μ(细粒度),10%是观察到的最低性能损失为90μm - 180μ米(大粒径)。这些实验的理由在这项研究中观察到;微粒对性能的影响更重要的效率损失PV模块课程相比粒子。

4所示。结论

多晶硅模块的性能效率损失由于工业粉尘沉积进行了研究。收集到的灰尘样本肥料、石膏、聚合破碎机和煤矿行业。室外实验测量多晶模块的性能做了;灰尘沉积是由实现决定的影响以及操作参数和特性曲线类似的模块(即暴露于相同的操作环境。,solar irradiance and air temperature) while one module was covered with dust and the other was reserved clean for output comparison. It was examined that the efficiency loss depended on the type of dust accumulated over the panel surface. Maximum efficiency loss of the polycrystalline photovoltaic module was observed to be 64%, 42%, 30%, and 29% for coal, aggregate, gypsum, and organic fertilizer dust, respectively; hence, coal dust was the most effecting dust sample among the four owing to its highest absorptivity and hence lowest transmissivity. Also, the study proved that the finer dust particles reduced more performance efficiency compared with the larger particles. It was also found that the PV module performance deteriorated with temperature rise owing to heat dissipation caused by dust accumulation. The ratio of short-circuit currents for the dirty module to the clean module was in the range of 43-82% for all dust types tested under different sunlight intensities. Drop in current output due to dust deposition leads to power output drop which causes an immense loss of electrical power and, consequently, economic loss to photovoltaic power in consideration of the large-scale solar power plant.

缩写

PV:	光伏
:	太阳辐照度
:	电流电压曲线
:	电压曲线
:	当前最大功率
:	在最大功率电压
:	短路电流
:	开路电压
:	名义操作单元温度
:	最大功率
:	效率
:	清洁组件效率
:	肮脏的组件效率
Rh:	相对湿度
:	环境温度。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者想声明他们没有利益冲突,可能会影响性能或演示本文中描述的工作。

确认

本文的作者想给他们伟大的水利基础设施和可持续能源的未来融资所有进程关于本文的准备。应该感谢我同学来自纳尔逊·曼德拉非洲科技机构的鼓励的准备工作。也非常感谢博士应该去Rhee草从创新技术和能源提供电气测量配件。此外,我要感谢Eng。Kaare Manyama从Greenlink能源支持提供一些实验装置设备及配件。本文研究结果报道是由水利基础设施和可持续能源的未来(项目ID: PI51847)。

引用

1. s•基尔马尼·m·贾米尔和我说明,“经济可行性的混合能源减少碳排放,”专业可再生发电,12卷,不。8,934 - 942年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. k Bos和j·古普塔,“气候变化:困化石燃料的风险资产和资源的发展中国家,“第三世界的季度,39卷,不。3、436 - 453年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. b·约瑟夫·t·Pogrebnaya, b . Kichonge“半透明的建筑光伏:回顾能源性能,挑战,和未来的潜力,”国际期刊的PhotoenergyID 5214150条,卷。2019年,17页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. j·p·n·托雷斯,s . k . Nashih c·a·f·费尔南德斯和j·c·雷特“光伏太阳能电池板阴影的影响,”能源系统,9卷,不。1,第208 - 195页,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. a . Bonkaney s Madougou, r . Adamou”影响的云层和尘埃在尼亚美光伏模块的性能,”《可再生能源卷,2017篇文章ID 9107502、8页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 汗和m . h . Arsalan“可持续发电,太阳能发电技术审查,”可再生能源和可持续能源的评论,55卷,第425 - 414页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. f . Obeidat“未来光伏系统的全面审查,”太阳能卷,163年,第551 - 545页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. p·辛格和s·古普塔光伏表面在插件电动汽车(Pev)利用纳米技术,”杂志的科学和技术进步,5卷,不。1,33-38,2019页。视图:谷歌学术搜索
9. p . Rappaport,“光生伏打效应及其利用率,”太阳能,3卷,不。4,仅8,1959页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. l·k·约翰·佩林和美国的月亮,“硅太阳能电池50岁”第三世界会议上光伏能量转换2004年,页23 - 24日,大阪,日本。视图:谷歌学术搜索
11. b·苏w·汉,y, z, w•瞿和h·金,“性能优化的太阳能辅助燃气热电冷联产沼气改革的基础上,“能量转换和管理卷,171年,第617 - 604页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. m . Debbarma k Sudhakar, p . Baredar”比较BIPV BIPVT:复习一下,”能效高的技术,3卷,不。3、263 - 271年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. m·a·绿色,y Hishikawa, e·d·邓洛普d·h·李维j . Hohl-Ebinger和a . w . y . Ho-Baillie”太阳能电池效率表(52版)”在光电研究进展和应用,26卷,不。7,427 - 436年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. e . Adıguzel大肠时,a . Akgundoğdu, a Ersoy Yılmaz,”预测的尘埃颗粒大小与简称ANFIS对光伏组件效率的影响:实验研究在爱琴海地区,土耳其,”太阳能卷,177年,第702 - 690页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. r . s . Anjos r . Melicio诉m·门德斯和h . m . Pousinho“晶体硅光伏模块在热点的阴影效果模拟条件下,”博士会议上计算,电气和工业系统,Camarinha-Matos . m . Parreira-Rocha, j .他。施普林格,页479 - 487年,可汗,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. z . a .达尔维什·h·a . Kazem k . Sopian m·a . Alghoul和h . Alawadhi“灰尘污染物的试验研究和环境参数对光伏性能的影响:实验研究中,“环境、发展和可持续性,20卷,不。1,第174 - 155页,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. A . e . Hammoumi s Motahhir A . e . Ghzizal A . Chalh和A . Derouich”一个简单和低成本的积极双轴太阳能跟踪器,”能源科学与工程》第六卷,没有。5,607 - 620年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. k . Vidyanandan影响因素的概述太阳能光伏系统的性能能量扫描卷。27日,众议院J公司计划NTPC,新德里,2017。
19. b . r . Paudyal和s . r .释迦”灰尘积累影响效率的太阳能光伏模块从网格的目的:加德满都的案例研究,“太阳能卷,135年,第110 - 103页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. d·s·拉其普特人,k . Sudhakar灰尘对太阳能光伏板的性能的影响,“国际ChemTech研究杂志》上,5卷,不。2、1083 - 1086年,2013页。视图:谷歌学术搜索
21. j . Tanesab d Parlevliet、j .鲸鱼和t . Urmee”尘埃的影响与不同形态在光伏模块的性能下降,”可持续能源技术和评估31卷,第354 - 347页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. a, h . Lu, L.-Z。张”,实验调查的灰尘沉积减少太阳能电池覆盖不同的自洁涂料、玻璃”能源卷,181年,第653 - 645页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. b . Aissa r . j . Isaifan v . e . Madhavan和a·a·阿卜杜拉”尘埃颗粒在卡塔尔的结构和物理性质及其影响在光伏面板性能”科学报告》第六卷,没有。1、1 - 12,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. k . Styszko m . Jaszczur j . Teneta et al .,“灰尘沉积在太阳能光伏模块的分析,“环境科学与污染研究,26卷,不。9日,第8401 - 8393页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. a·k·特里帕西·m·阿鲁娜,c . s . n .没吃“光伏面板在不同材质的性能优势,”国际环境能源杂志》上,40卷,不。3、248 - 253年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. j . w .他f . Liu,美国,和h·陈,“安全分析的太阳能模块部分阴影下,“国际期刊的PhotoenergyID 907282条,卷。2015年,8页,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. h . Lu和w·赵”,粒子大小和倾斜角度对灰尘沉积的影响装配太阳能光伏系统的特点,“应用能源卷,220年,第526 - 514页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. 答:a . Hachicha Al-Sawafta, z说,“灰尘影响太阳能光伏(PV)系统的性能在阿拉伯联合酋长国的天气条件下,“可再生能源卷,141年,第297 - 287页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. s . a . Sulaiman h·h·侯赛因:列城,和m . s . Razali,“尘对光伏电池板的性能的影响,“世界科学院、工程和技术,卷。58岁的没有。2011年,第593 - 588页,2011年。视图:谷歌学术搜索
30. m . t . Chaichan和h·a·Kazem”效应的沙子,火山灰和土壤光伏性能:一个实验性研究,“国际科学工程和科学杂志》上,1卷,不。2,新,2017页。视图:谷歌学术搜索
31. m . Mostefaoui a . Ziane a Bouraiou, s . Khelifi”砂灰尘积累对光伏性能的影响在撒哈拉沙漠的环境:阿尔及利亚南部(阿),“环境科学与污染研究,26卷,不。1,第268 - 259页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. h·阿里,m .征服者m·巴希尔·m·纳西尔·m·阿里和a·西迪基,“灰尘沉积的影响在Taxila光伏组件的性能,巴基斯坦,“热科学,21卷,不。2、915 - 923年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. a . Rao r·皮拉伊·m·摩尼,p .需要“影响光伏面板上的灰尘沉积性能。”能源Procedia54卷,第700 - 690页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. s .刘问:悦,周k和k .太阳,“粒子浓度的影响,沉积和积累在光伏设备表面,”能源Procedia卷,158年,第558 - 553页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. w·Javed y Wubulikasimu、b·费吉斯和b .郭”表征的灰尘光伏板上堆积在多哈,卡塔尔,”太阳能卷,142年,第135 - 123页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2019 Yotham安德里亚等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。