alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.04-06.012-024alternative-1308Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGYИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК В МОСКВЕINVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF VARIOUS POLLUTION TYPES ON OPERATIONAL EFFICIENCY OF SOLAR POWER INSTALLATIONS IN MOSCOWКоломиецЮ. Г.KolomietsY. G.

канд. техн. наук, научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии 

Researcher ID: D-6102-2014

SPIN-код: 7695-1191

Ph.D. in Engineering, Scientific Worker at Renewable Energy Sources Laboratory

KolomietsYG@gmail.comТарасенкоА. Б.TarasenkoA. B.

научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии

Researcher ID: E-2683-2014

SPIN-код: 6346-1356

Scientific Worker at Renewable Energy Sources Laboratory

ТебуевВ. В.TebuevV. V.

инженер лаборатории НИЛ ВИЭ географического факультета

Engineer at the Research Laboratory of the Geographical Faculty

СулеймановМ. Ж.SuleymanovM. J.

канд. техн. наук, научный сотрудник лаборатории возобновляемых источников энергии

Researcher ID: D-3322-2014

SPIN-код: 2220-1227

Ph.D. in Engineering, Scientific Worker at Renewable Energy Sources Laboratory

Объединенный институт высоких температур РАНРоссияJoint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of SciencesRussian FederationМГУ имени М.В.ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian Federation20182204201804-61224Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1308

В условиях мегаполиса одним из самых значимых факторов снижения выработки электроэнергии фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) является загрязнение их поверхностей. В работе проведен анализ различных литературных источников по видам загрязнений и их влиянию на работу ФЭП, а также методов борьбы с этими загрязнениями. Основными источниками загрязнения солнечных установок являются: частицы почвы; птичий помет; листья; снег; загрязнители воздуха, поступающие от промышленных предприятий; различные виды пыли, связанные с деятельностью человека; выбросы от автомобильного транспорта и т.д. Анализ этих работ показал, что производительность ФЭП снижается в первую очередь из-за углеродного загрязнения, далее – из-за почвенных частиц и частиц карбоната кальция. 

В рамках настоящей работы проведено экспериментальное исследование влияния различных видов загрязнений на эффективную эксплуатацию солнечных энергоустановок в Москве. Серия экспериментов была поставлена в осенне-зимний период, в основном в условиях низкой инсоляции. Один из ФЭП при каждом эксперименте был покрыт слоем пыли (золы, снега), второй (контрольный) – очищен. Температура воздуха составляла 0–2 ºC. Каждый эксперимент длился 60–90 мин. Кроме того, перед основной серией экспериментов осуществлялась верификация как чистых модулей, так и одновременно загрязненных. Экспериментальные исследования проводились для следующих типов загрязнения: пыль, зола и снег. В результате эксперимента были сделаны следующие выводы. Средняя погрешность измерения чистых модулей составляет 3 %, что согласуется с паспортными данными самих установок. Сухое запыление в Москве не играет существенной роли для выработки ФЭП. Влажное запыление углеродными частицами является главным источником снижения выработки электроэнергии на ФЭП (до 30 %). Оснежнение приводит к существенному снижению расчетных значений мгновенного КПД модулей (свыше 10 %). При низких значениях инсоляции происходит резкий рост погрешности измерений производительности ФЭП.

One of the most significant factors in the megapolis environment in reducing the electricity generation from photoelectric converters (PV) is the contamination of their surfaces. The paper carries out the analysis of various literature sources on the types of pollution and their effect on the operation of the PV, and also the methods for dealing with pollution. The main contamination sources of solar installations are shown to be the soil particles, bird droppings, leaves, snow, air pollutants coming from industrial enterprises, various types of dust associated with human activities, emissions from road transport, etc. The analysis of these studies has indicated that the productivity of the PV is reduced primarily due to carbon contamination, then due to soil particles and calcium carbonate particles. We carried out an experimental study of the influence of various pollution types on the operational effective of solar power plants in Moscow. A series of experiments was carried out in the autumn-winter period, under conditions primarily of low insolation. We covered one of the PV with a layer of dust (ash, snow) at each experiment, the second one (the control one) – was cleaned. The air temperature was 0–2 ºC. Each experiment was conducted for 60-90 min. In addition, before the main series of experiments, we have verified the clean modules, and with their simultaneous contamination. Experimental studies were conducted for the following types of pollution – dust, ash and snow. The experiment showed that: The average error in measuring pure modules is 3% that is consistent with the passport data of the installations. Dry dust in Moscow does not play a significant role in the development of the PV. Wet dust by carbon particles is the main source of reduced power generation by PV (up to 30%). Snowfall leads to a significant decrease in the calculated values of the instantaneous efficiency of modules (over 10%). At low values of insolation, there is a sharp increase in the error in measuring the productivity of the PV.

солнечная энергетикафотоэлектрический преобразователь (ФЭП)загрязнениепыльсажаснегsolar powerphotoelectric converter (PV)pollutiondustsootsnowРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Москвы (грант 15-38-70036 мол_а_мос). Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 гг. (ГР АААА-А-16-116051810073-5).The work was supported by the RFBR and the Moscow Government (grant 15-38-70036 mol_a_mos). The work was carried out with partial financial support of the Program of Fundamental Scientific Research of the State Academies of Sciences for 2013-2020 (GR AAAA-A-16-116051810073-5)ReferencesКоломиец, Ю.Г. Исследование влияния затенения на эффективность эксплуатации солнечных энергоустановок в условиях плотной городской застройки [Текст] / Ю.Г. Коломиец [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 19–21. – С. 16–25.[1] Kolomiets Yu.G., Kiseleva S.V., Rafikova Yu.Yu., Shakun V.P. Study of the effect of shading on the efficiency of solar power plants in dense urban areas (Issledovanie vliyaniya zateneniya na effektivnost' ekspluatatsii solnechnykh energoustanovok v usloviyakh plotnoi gorodskoi zastroiki). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2017;19–21:16–25 (in Russ.).Коломиец Ю.Г. Актинометрические данные для проектирования солнечных энергоустановок в Московском регионе. [Текст] / Коломиец Ю.Г. [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 21–22. – С. 12–24.[2] Kolomiets Y.G., Gorbarenko E.V., Kiseleva S.V., Mordynskiy A.V., Frid S.E., Shilovtseva O.A. Solar radiation data for the design of solar power plants in the Moscow region (Aktinometricheskie dannye dlya proektirovaniya solnechnykh energoustanovok v Moskovskom regione). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2016;21– 22:12–24 (in Russ.).Radonjić, I. Influence of different types of dust on PV modules energy efficiency [Text] / I. Radonjić [et al.] // Proceedings of 1st Virtual International Conference on Science, Technology and Management in Energy eNergetics, Publisher: Research and Development Center “ALFATEC”, Nis, Serbia. – 2015. – 02–03 July. – P. 94–99.[3] Radonjić I., Pavlovic T., Mirjanic D., Radonjić M., Milosavlievic D., Pantic L. Influence of different types of dust on PV modules energy efficiency. Proceedings of 1st Virtual International Conference on Science, Technology and Management in Energy eNergetics. Publisher: Research and Development Center “ALFATEC”. Nis, Serbia, 2015;02–03 July:94–99 (in Eng.).Mani, M. Impact of dust on solar photovoltaic (PV) performance: Research status, challenges and recommendations [Text] / M. Mani, R. Pillai // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2010. – Vol. 14. – P. 3124–3131.[4] Mani M., Pillai R. Impact of dust on solar photo-voltaic (PV) performance: Research status, challenges and recommendations. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010;14:3124–3131 (in Eng.).Darwish, Z.A. Effect of dust pollutant type on photovoltaic performance [Text] / Z.A. Darwish [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – Vol. 41. – P. 735–744.[5] Darwish Z.A., Hussein A.K., Sopian K., Al-Goul M.A., Alawadhi H.. Effect of dust pollutant type on photovoltaic performance. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015;41:735–744 (in Eng.).Solar panels cleaning [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://rollingwash.net/docs/Solar%20panels%20cleaning. pdf – (дата обращения 05.08.2017).[6] Solar panels cleaning. Available on: http://rollingwash.net/docs/Solar%20panels%20cleaning. pdf (05.08.2017).Recgroup [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.recgroup.com – (Дата обращения 06.07.2017).[7] Recgroup. Available on: www.recgroup.com (06.07.2017).Sarver, T. A comprehensive review of the impact of dust on the use of solar energy: History, investigations, results, literature, and mitigation approaches [Text] / T. Sarver [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2013. – Vol. 22. – P. 698–733.[8] Sarver T., Al-Qaraghuli A., Kazmerski L.A comprehensive review of the impact of dust on the use of solar energy: History, investigations, results, literature, and mitigation approaches. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013;22:698–733 (in Eng.).Goossens, D. Aeolian dust deposition on photovoltaic solar cells: the effects of wind velocity and airborne dust concentration on cell performance [Text] / D. Goossens, E. Van Kerschaever // Solar Energy. – 1999. – Vol. 66. – P. 277–289.[9] Goossens D., Van Kerschaever E. Aeolian dust deposition on photovoltaic solar cells: the effects of wind velocity and airborne dust concentration on cell performance. Solar Energy, 1999;66:277–289 (in Eng.).Said, S.A.M. Fundamental studies on dust fouling effects on PV module performance [Text] / S.A.M. Said, H.M. Walwil // Solar Energy. – 2014. – Vol. 107. – P. 328–337.[10] Said S.A.M., Walwil H.M. Fundamental studies on dust fouling effects on PV module performance. Solar Energy, 2014;107:328–337 (in Eng.).El-Shobokshy, M.S. Effect of dust with different physical properties on the performance of photovoltaic cells [Text] / M.S. El-Shobokshy, F.M. Hussein // Solar Energy. – 1993. – Vol. 51. – No 6. – P. 505–511.[11] El-Shobokshy M.S., Hussein F.M. Effect of dust with different physical properties on the performance of photovoltaic cells. Solar Energy, 1993;6(51):505–511 (in Eng.).Ali, H.M. Effect of dust deposition on the performance of photovoltaic modules in Taxila, Pakistan [Text] / H.M. Ali [et al.] // Thermal Science. – online first, doi: 10.2298/TSCI140515046A.[12] Ali H.M., Bashir M.A., Zafar M.A., Siddiqui A.Effect of dust deposition on the performance of photovoltaic modules in Taxila, Pakistan. Thermal Science, online first, doi: 10.2298/TSCI140515046A (in Eng.).Bashir, M.A. An experimental investigation of performance of photovoltaic modules in Pakistan [Text] / M.A. Bashir [et al.] // Thermal Science. – 2015. – Vol. 19. – Suppl. 2. – P. S525–S534.[13] Bashir, M.A., Ali H. M., Ali M., Siddiqui A. M.An experimental investigation of performance of photovoltaic modules in Pakistan. Thermal Science, 2015;19(2):525–534 (in Eng.).Mekhilef, S. Effect of dust, humidity and air velocity on efficiency of photovoltaic cells [Text] / S. Mekhilef [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. – Vol. 16. – P. 2920–2925.[14] Mekhilef S., Saidur R., Kamalisarvestani M. Effect of dust, humidity and air velocity on efficiency of photovoltaic cells. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012;16:2920–2925 (in Eng.).Sayyah, A. Energy yield loss caused by dust deposition on photovoltaic panels [Text] / A. Sayyah [et al.] // Solar Energy. – 2014. – Vol. 107. – P. 576–604.[15] Sayyah A., Horenstein M. N. and Mazumder M. K. Energy yield loss caused by dust deposition on photovoltaic panels. Solar Energy, 2014;107:576–604 (in Eng.).Велькин, В.И. Влияние снежного покрова на эффективность функционирования солнечных ФЭП / В.И. Велькин [Текст] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2012. – № 3. – С. 59–62.[16] Vel'kin V.I. Effect of snow cover on the efficiency of solar photovoltaic panels (Vliyanie snezhnogo pokrova na effektivnost' funktsionirovaniya solnechnykh FEP). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2012;3:59–62 (in Russ.).Wirth, G. Satellite-based snow identification and its impact on monitoring photovoltaic systems [Text] / G. Wirth [et al.] // Solar Energy. – 2010. – Vol. 84. – P. 215–226.[17] Wirth G., Schroedter-Homscheidt M. Satellite-based snow identification and its impact on monitoring photovoltaic systems. Solar Energy, 2010;84:215–226 (in Eng.).Rob W. The effects of snowfall on solar photovoltaic performance [Text] / W. Rob [et al.] // Solar Energy. – 2013. – Vol. 92. – P. 84–97.[18] Rob W., Pollard A., Pearce J. The effects of snowfall on solar photovoltaic performance. Solar Energy, 2013;92:84–97 (in Eng.).Moharram, K.A. Influence of cleaning using water and surfactants on the performance of photovoltaic panels [Text] / K.A. Moharram [et al.] // Energy Conversion and Management. – 2013. – Vol. 68. – P. 266–272.[19] Moharram K.A., Abd S., Kandil H., El-Sherif H. Influence of cleaning using water and surfactants on the performance of photovoltaic panels. Energy Conversion and Management, 2013;68:266–272 (in Eng.).Mavroidis, C. Robotic device for cleaning photovolatic panel arrays. Department of Mechanical and Industrial Engineering / C. Mavroidis [et al.]. – Northeastern University, Green Project – Sustainable Technology and Energy Solutions, Patent Number 61/120097, 2009.[20] Mavroidis C., Hastie J., Grandy A., Anderson M., Sweezy A., Markpolous Y. Robotic device for cleaning photovolatic panel arrays. Department of Mechanical and Industrial Engineering, Northeastern University. Green Project – Sustainable Technology and Energy Solutions, Patent. Number 61/120097, 2009 (in Eng.).Park, Y.-B. Self-cleaning effect of highly water-repellent microshell structures for solar cell applications [Text] / Y.-B. Park [et al.] // J. Mater. Chem. Korea Adv. Inst. Sci. Technol. – 2010. –Vol. 21. – P. 633–639.[21] Park Y.-B., Im H., Im M., Choi Y.-K. Self-cleaning effect of highly water-repellent microshell structures for solar cell applications. J. Mater. Chem. Korea Adv. Inst. Sci. Technol., 2010;21:633–639.Nanopool [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.nanopool.eu/en/ – (Дата обращения 08.08.2017).[22] Nanopool. Available on: www.nanopool.eu/en/ (08.08.2017). [23] Nanoshell. Available on: www.nanoshell.co.uk/protective-coatings/solar-panel-pv (08.09.2017).Nanoshell [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.nanoshell.co.uk/protective-coatings/solar-panel-pv – (Дата обращения 08.08.2017).[24] Percenta- nanoproducts. Available on: www.percenta-nanoproducts.com/nano-coating-for-solar-panels.html (08.08.2017).Percenta- nanoproducts [Электронный ресурс]. – Режим доступа: percenta-nanoproducts.com/nano-coating-for-solar-panels.html – (Дата обращения 08.08.2017).[25] Biris A.S., Saini D., Srirama P.K., Mazumder M.K., Sims R.A., Calle C.I., Buhler C.R. Electrodynamics removal of contaminant particles and its applications. University of Arkansas at Little Rock. Applied Science Department. IEEE; 2004 (in Eng.).Biris, A.S. Electrodynamics removal of contaminant particles and its applications [Text] / Biris A.S. [et al.]. – University of Arkansas at Little Rock, Applied Science Department, IEEE; 2004.[26] Solomin E.V. Anti-icing system of the solar module based on infrared emitter (Protivoobledenitel'naya sistema solnechnogo modulya na osnove infrakrasnogo izluchatelya). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2013;2(166):10–15 (in Russ.).Соломин, Е.В. Противообледенительная система солнечного модуля на основе инфракрасного излучателя [Текст] / Е.В. Соломин, В.В. Долгошеев, М.А. Ларцев // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 2. – С.10–15.[27] Solomin E.V. Electrothermal de-icing system of solar module (Elektroteplovaya sistema protivoobledeneniya solnechnogo modulya). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2017;10–12:222–224 (in Russ.).Долгошеев, В.В. Электротепловая система противообледенения солнечного модуля [Текст] / В.В. Долгошеев [et al.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 10–12. – С. 222–224.[28] Samoochistka-batarei-venturi. Available on: http://www.tesla-tehnika.biz/samoochistka-batarei-venturi.html (09.08.2017).Самоочистка солнечных батарей от снега использующая эффект Вентури [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.teslatehnika.biz/samoochistka-batarei-venturi.html – (Дата обращения 09.08.2017).[29] What breathes Moscow (Chem dyshit Moskva). Available on: http:// https://moslenta.ru/city/eco-1.htm (15.08.2017).Чем дышит Москва [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// https://moslenta.ru/city/eco-1.htm – (Дата обращения 15.08.2017).[30] Ruidong Xu, Kai Ni, Yihua Hu, Jikai Si, Dongsheng Yu. Analysis of the optimum tilt angle for a soiled PV panel. Energy Conversion and Management, 2017;148:100–109 (in Eng.).Ruidong, Xu. Analysis of the optimum tilt angle for a soiled PV panel [Text] / Ruidong Xu [et al.] // Energy Conversion and Management. – 2017. – Vol. 148. – P. 100–109.Ruidong, Xu. Analysis of the optimum tilt angle for a soiled PV panel [Text] / Ruidong Xu [et al.] // Energy Conversion and Management. – 2017. – Vol. 148. – P. 100–109.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.