Розкрито інноваційний підхід: прогнозування терміну служби сонячних модулів в умовах ерозії піску

24 лютого 2025 року з'явилися захопливі новини з передових рубежів досліджень сонячної енергетики. Група дослідників в Алжирі досягла значного прогресу у вивченні довговічності сонячних модулів у піщаному середовищі. Вони розробили абсолютно новий випробувальний стенд і сформулювали унікальний закон прискорення, який враховує два ключові фактори: швидкість вітру та щільність піску. Цю нову методологію було випробувано на чотирьох фотоелектричних (ФЕ) модулях, і результати були вражаючими, вказуючи на термін служби до 47 років, враховуючи вплив піску.

Це дослідження охоплює кілька важливих галузей у галузі сонячної енергетики, включаючи виробництво, оцінку якості модулів, вирішення проблем забруднення та загальні технологічні дослідження та розробки. Це значний внесок, особливо для таких регіонів, як Алжир у Північній Африці, де поширені пустельні ландшафти, а потенціал сонячної енергії величезний, але його обмежує ерозія піску.

Вчені з Алжиру запропонували інноваційний випробувальний стенд для прискореного старіння, спеціально розроблений для фотоелектричних модулів, та розробили раніше невідомий закон прискорення, адаптований до деградації, спричиненої ерозією піску. Абделькадер Ельхарраз, автор дослідження, поділився з журналом pv: «Наше дослідження відрізняється від існуючих моделей. Ми запропонували закон, розроблений виключно для ерозії піску. Враховуючи швидкість вітру та щільність піску, ми можемо передбачати термін служби модулів у пустельних умовах з набагато більшою точністю».

У пустельних регіонах ерозія піску є однією з найсерйозніших загроз надійності фотоелектричних модулів. Постійне зіткнення частинок піску, що переносяться сильними вітрами, завдає як механічних, так і оптичних пошкоджень поверхні модуля. Ці пошкодження проявляються в різних формах: захисний скляний шар стирається, антиблікове покриття дряпається, а також накопичується пил і сміття. Усі ці фактори разом зменшують світлопроникність і зрештою знижують загальну вихідну потужність модулів.

Випробувальний стенд, побудований на замовлення, – це диво інженерної архітектури. Він дозволяє дослідникам точно контролювати параметри, що впливають на ерозію піску. Є механізм подачі піску, який може регулювати його щільність, вентилятор зі змінною швидкістю для регулювання швидкості вітру та ступінь обертання, яка забезпечує вплив піску на модулі з усіх кутів. Щоб зробити випробування більш репрезентативними для реальних пустельних умов, вони використовували пісок із зон опустелювання. Цей тип піску має більші зерна неправильної форми, що робить ерозію інтенсивнішою.

Дослідницька група відібрала чотири монокристалічні кремнієві фотоелектричні модулі для тестування. Два з них були абсолютно новими модулями Dinel Solaire потужністю 100 Вт, а два інших – раніше використовуваними модулями Visel потужністю 80 Вт. За умови випробування 1 модулі піддавалися впливу піску щільністю 5,8 г/м³ та швидкості вітру 12 м/с. Умова випробування 2 була ще суворішою: щільність піску становила 10,3 г/м³, а швидкість вітру – 15 м/с. За словами дослідників, умова 1 імітувала «суворе прискорювальне середовище», а умова 2 представляла «ще суворіше та прискорювальне середовище».

Новий закон прискорення, названий законом Ельхарраза-Буссе на честь його творців, враховує швидкість вітру та щільність піску. Він розраховує середній час до відмови (MTTF), який вказує на середній час, протягом якого система може працювати до відмови за певних умов. У поєднанні з програмою аналізу даних на основі нечіткої логіки модель може визначити коефіцієнт прискорення (AF). AF є вирішальним показником, оскільки він кількісно визначає співвідношення між швидкістю деградації в умовах прискорених випробувань та в реальних сценаріях.

Професор Ельхарраз пояснив: «Ми зіставили зібрані нами дані з реальними даними про вітрову енергію сонячної електростанції в Адрарі, Алжир. Цей комплексний набір даних потім був використаний для оцінки фактичного терміну служби цих модулів за типових пустельних умов експлуатації».

Результати були досить показовими. В регіоні Адрар в Алжирі їхня модель, у поєднанні з програмою аналізу даних на основі нечіткої логіки, передбачила, що модулі VISEL матимуть значно довший термін служби – 46,8 років, порівняно з модулями DINEL, термін служби яких, за оцінками, становив 31,6 років. Річні темпи деградації також підтвердили ці висновки: модулі VISEL показали темп 0,64%, а модулі DINEL – 1,38%. Ці темпи узгоджуються з існуючими дослідженнями, підкреслюючи потенціал моделі для точного прогнозування терміну служби модулів у районах, схильних до піску.

Результати дослідження були опубліковані в статті «Новий закон прискорення деградації фотоелектричних модулів внаслідок ерозії піску» в журналі Renewable Energy. Вчені з алжирського університету Ахмеда Драї в Адрарі, університету Медеї та Центру розвитку відновлюваної енергетики (CDER) співпрацювали над цим новаторським дослідженням.