Морфологические особенности и элементный состав пылевого загрязнения фотоэлектрического модуля

В данной работе методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного анализа проведены исследования морфологии и состав пыли и грязи, скапливающейся на поверхности защитного стекла фотоэлектрического модуля расположенного в черте города Ташкента. Показано, что размеры частиц неорганической компоненты варьируются от 2 мкм до 75 мкм, а для органической компоненты характерны размеры от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Установлено, что неорганическая пыль состоит из частиц с разной формой, а для органической характерна волокнистая структура с углублениями и микропорами. Исследования элементного состава показали существенные различия между образцами неорганического и органического происхождения. Анализ элементного состава показал, что высокая весовая доля кислорода, свидетельствует о его участии в соединениях с кремнием, кальцием, углеродом и железом, что может указывать на содержание этих элементов в виде устойчивых оксидов. Показано, что загрязнения органического происхождения содержат кислород, углерод, азот и фосфор, которые могут свидетельствовать о высоком содержании органических соединений в виде растительных волокон и оксидов, последних двух элементов, которые в свою очередь характерны для продуктов жизнедеятельности птиц. Проведённые исследования по определению морфологических особенностей и количественного анализа состава пыли и грязи, скапливающейся на поверхности защитного стекла фотоэлектрического модуля позволили заключить, что поиск методов предотвращающих пылевые и грязевые скопления на фронтальной поверхности модулей, а также методов очистки от данных загрязнений, следует вести для частиц неорганического происхождения с продольными размерами до 30 мкм и, вместе с тем, необходимо искать способы снижения их адгезивных свойств. Другим важным выводом является то, что в случае загрязнений органического происхождения, соединения в виде органических веществ, входящих в состав птичьего помёта, находятся в водорастворимых формах, а это позволяет очищать поверхности фотоэлектрических модулей без применения специальных моющих средств.

1. Jäger-Waldau, A. PV Status Report 2019 / Jäger-WaldauLuxembourg: Publications Office of the European Union, 2019. 79 с.

2. Проектирование фотоэлектрических систем: учебно-методическое пособие / сост. А.А. Бутько и др. Минск: ИВЦ Минфина, 2018. 294 с.

3. ShafqatMughal. A Review on Solar Photovoltaic Technology and Future Trends / Shafqat Mughal,Yog Raj Sood, R.K Jarial // International Journal of Scientific Research in Computer Science, Engineering and Information Technology. 2018. V. 4. I. 1. P. 227–235.

4. Тукфатуллин, О.Ф. Выбор оптимального угла наклона фотоэлектрических панелей с однопозиционной фиксацией стационарных фотоэлектрических систем в зависимости от географической широты и инсоляции в течение года / О.Ф. Тукфатуллин // Гелиотехника. 2016. № 4. С. 17–20.

5. Турсунов, М.Н.Разработка фотоэлектрической установки для работы в условиях жаркого климата / М.Н. Турсунов [и др.] // Гелиотехника.2006.№ 3.С. 13–17.

6. Таджиев, У.А. Возможности использования солнечных фотоэлектрических и ветроэлектрических установок в системах электроснабжения сельских населённых пунктов, расположенных в удалённых местностях с особо сложными природными и климатическими условиями/ У.А. Таджиев, Р.А. Захидов, Е.И. Киселева // Гелиотехника. 2017. № 2. С. 66–71.

7. Таджиев, У.А. Возможности использования солнечных фотоэлектрических и ветроэлектрических установок в системах электроснабжения сельских населённых пунктов, расположенных в удалённых местностях с особо сложными природными и климатическими условиями. Часть II / У.А. Таджиев, Р.А. Захидов, Е.И. Киселева // Гелиотехника. 2017. № 3. С. 54–58.

8. Naihong Shu. Experimental and Theoretical Study on the Optimal Tilt Angle of Photovoltaic Panels / Naihong Shu [et al.] // Journal of Asian Architecture and Building Engineering. 2006. V. 5. No. 2. P. 399–405.

9. Habtamu, B.M. Performace analysis of roofmounted photovoltaic systems The case of a Norwegian residential building / B.M. Habtamu // Energy Procedia. 2015. 83. P. 474–483.

10. Akif Karafil. Calculation of Optimum Fixed Tilt Angle of PV Panels Depending on Solar Angles and Comparison of the Results with Experimental Study Conducted in Summer in Bilecik, Turkey / Akif Karafil // Published in:2015 9th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (2628 November 2015, Bursa, Turkey) / Akif Karafil [et al.]–Bursa, 2015. –P. 971–976.

11. Jordan, D.C. Technology and Climate Trends in PV Module Degradation / D.C. Jordan // Presented at the 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (24–28 September 2012, Frankfurt, Germany) / D.C. Jordan, J.H. Wohlgemuth, S.R. Kurtz Frankfurt, 2012. P. 1–7.

12. Panagea, I.S. Climate Change Impact on Photovoltaic Energy Output: The Case of Greece / I.S. Panagea[et al.] // Advances in Meteorology. 2014. V. 2014. С. 1–11.

13. Haitham Bahaidarah. Performance evaluation of a PV module under climatic conditions of Dhahran, Saudi Arabia / Haitham Bahaidarah [et al.] // ENERGY EXPLORATION & EXPLOITATION. – 2015. V. 33. N. 6. P. 909–930.

14. RamadanJ. Mustafa. Environmental Impacts on the Performance of Solar Photovoltaic Systems [Электронныйресурс] / Ramadan J. Mustafa [et al.] // Sustainability. 2020. 12(2). Режим доступа: https://doi.org/10.3390/su12020608. (Дата обращения: 03.02.2021).

15. Разработка прогнозов текущей погоды и сверхкраткосрочных прогнозов с использованием современных систем наблюдения за атмосферой и продукции численных моделей: методическое пособие / В.И. Лукьянов. М.: Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации, 2018. 96 с.

16. Precipitation Accuracy Considerations [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://content.meteoblue.com/en/specifications/weather-variables/precipitation/accuracy-considerations. METEOBLUE. (Дата обращения: 15.02.2021).

17. Жилов, Ю.Д. Справочник по медицине труда и экологии / Ю.Д. Жилов, Г.И. Куценко. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1995. 172 c.

18. Federico Karagulian. Contributions to cities' ambient particulate matter (PM): A systematic review of local source contributions at global level / Federico Karagulian [et al.] // Atmospheric Environment. 2015. V. 120. P. 475–483.

19. Zorrilla-Casanova, J.Analysis of dust losses in photovoltaic modules / Zorrilla-Casanova J. // Published in: Word Renewable Energy Congress 2011 Sweden (8–13 May 2011, Linköping, Sweden) / ZorrillaCasanova J.[et al.]–Linköping, 2011. 8 p.

20. Yunlin Sun. Investigating the Impact of Shading Effect on the Characteristics of a Large-Scale GridConnected PV Power Plant in Northwest China [Электронныйресурс] / Yunlin Sun [et al.] // International Journal of Photoenergy. 2014. V. 2014. Режим доступа:https://doi.org/10.1155/2014/763106. (Дата обращения: 24.02.2021).

21. Hottel, H. Performance of Flat Plate Solar Heat Collectors / H. Hottel,B. Woertz // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers.1942.V. 64.–P. 91–104.

22. Nimmo, B. Effects of dust on the performance of thermal and photovoltaic flat plate collectors in Saudi Arabia: Preliminary results / B. Nimmo // Published in: Proceedings of the "Second Miami International Conference on Alternative Energy Sources"(10–13 December 1979, Miami Beach, FL, USA) / B. Nimmo, S.A.M. Seid–Washington, D.C., 1981.–P. 145–152.

23. Bergin, M.H. Large Reductions in Solar Energy Production Due to Dust and Particulate Air Pollution / M.H. Bergin [et al.] // Environmental Science & Technology Letters. 2017. –V. 4. –P. 339–344.

24. The European Environment. State and Outlook 2010. Air Pollution / Martin Adams, Anke Lükewille. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2010. –42 p.

25. Grousset, F.E. Case study of a Chinese dust plume reaching the French Alps / F.E. Grousset [et al.] //Geophysical Research Letters. –V. 30. No. 6. 1277.

26. Marticorena, B. Modeling the atmospheric dust cycle: 1. Design of a soil-derived dust emission scheme / Marticorena, G. Bergametti // J. Geophys. Res. V. 100. No. 16. – P. 415–416.

27. Alfaro, S.C.Mineral aerosol production by wind erosion: aerosol particle sizes and binding energies / S.C. Alfaro, A. Gaudichet, L. Gomes, M. Maillé // Geophysical Research Letters. 1998. –V. 25. No. 7. P. 991–994.

28. Prospero, J.M.Saharan Dust Transport Over the North Atlantic Ocean and Mediterranean: An Overview / J.M. Prospero //S. Guerzoni, R. Chester R. (eds). The Impact of Desert Dust Across the Mediterranean. Environmental Science and Technology Library–Miami, FL, 1996. –V. 11. P. 133–151.

29. Сильный ветер в Каракалпакстане сорвал крыши зданий [Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.gazeta.uz/ru/2019/06/15/storm/. Газета.uz. (Дата обращения: 26.02.2021).

30. Aïssa, B. Structural and physical properties of the dust particles in Qatar and their influence on the PV panel performance [Электронный ресурс] / B. Aïssa [et al.]// Scientific Reports –2016. –V. 6. –Режим доступа:https://doi.org/10.1038/srep31467(Дата обращения: 27.02.2021).

31. Аральское море и Приаралье / под общ. ред. проф. В.А. Духовного. Ташкент: Baktriapress, 2017. 120 с.

32. Агрохимия: учебник / под ред. В.Г. Минеева. М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. 854 с.