افت تولید نیروگاه خورشیدی بر اثر گردوغبار| مانیتورینگ چگونه به تشخیص آن کمک می‌کند؟

تاثیر گردوغبار بر تولید نیروگاه خورشیدی گاهی بسیار بیشتر از چیزی است که در ظاهر دیده می‌شود. یک لایه گردوغبار روی پنل باعث می‌شود بخشی از نور خورشید قبل از رسیدن به سلول‌ها جذب یا پراکنده شود. در نتیجه، نور کمتری به سلول می‌رسد و توان خروجی پنل کاهش پیدا می‌کند. در یک نیروگاه بزرگ، تکرار همین افت در صدها یا هزاران پنل می‌تواند مقدار قابل توجهی از انرژی قابل تولید را از بین ببرد. البته این افت برای همه نیروگاه‌ها یکسان نیست. میزان گردوغبار، شرایط آب‌وهوایی، مدت زمان ماندگاری آلودگی، بارندگی، زاویه پنل و شرایط اطراف نیروگاه همگی در میزان کاهش تولید نقش دارند.

گردوغبار چگونه باعث کاهش تولید نیروگاه خورشیدی می‌شود؟

برای تولید برق، سلول خورشیدی باید تابش کافی دریافت کند. وقتی گردوغبار روی شیشه پنل می‌نشیند، بخشی از تابش دیگر به سطح سلول نمی‌رسد. این اتفاق می‌تواند جریان تولیدی و در نهایت توان خروجی پنل را کاهش دهد. اگر آلودگی پنل خورشیدی تمیز نشود، تلفات به ‌تدریج بیشتر می‌شود. در نیروگاه‌های بزرگ، این کاهش ممکن است در ابتدا در حد چند درصد باشد و به‌ مرور به یک مسئله جدی‌تر تبدیل شود.

در سلاریس 365 بخوانید:

مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی چیست؟ نرم‌افزار مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی

از طرف دیگر، گردوغبار در تمام نیروگاه به شکل یکسان پخش نمی‌شود. باد، جهت ردیف‌ها، زاویه نصب پنل‌ها، نزدیکی به جاده یا زمین‌های خاکی و شرایط اقلیمی می‌توانند باعث شوند بعضی بخش‌های نیروگاه بیشتر در معرض آلودگی قرار بگیرند. بنابراین باید بررسی شود که افت تولید با کاهش تابش یا تغییر شرایط تجهیزات ارتباط دارد یا اینکه آلودگی پنل‌ها هم در این کاهش نقش داشته است.

 

تلفات تولید برق در نیروگاه خورشیدی ناشی از گردوغبار چقدر است؟

برای کاهش تولید نیروگاه خورشیدی ناشی از گردوغبار نمی‌توان یک درصد ثابت تعیین کرد. بر اساس فکت ‌شیت منتشر شده توسط IEA PVPS در سال ۲۰۲۵، پدیده soiling یا تجمع گردوغبار، آلودگی و سایر ذرات روی پنل‌ها، به‌ طور میانگین باعث از دست رفتن حدود ۴ تا ۷ درصد انرژی تولیدی نیروگاه‌های خورشیدی در جهان می‌شود. این مقدار میانگین جهانی است و شرایط سایت‌های مختلف می‌تواند اختلاف زیادی با آن داشته باشد.

در مناطق خشک و غبارخیز، افت عملکرد ممکن است بسیار بیشتر باشد. مطالعات میدانی مختلف، دامنه متفاوتی از تلفات را نشان داده‌اند.

محل و شرایط مطالعه	مدت/شرایط تجمع آلودگی	نتیجه ثبت ‌شده
شرق عربستان	پنل‌ها بیش از ۶ ماه بدون تمیزکاری در معرض محیط قرار داشتند	تا ۵۰٪ کاهش توان خروجی در اثر تجمع گردوغبار گزارش شد. همچنین یک طوفان گردوغبار توان خروجی را تا حدود ۲۰٪ کاهش داد (منبع)
اردن	تجمع طبیعی گردوغبار به مدت ۳ ماه	حدود ۱۳٪ کاهش توان خروجی ثبت شد (منبع)
الجزایر	مقایسه آرایه تمیز و آلوده در شرایط تابشی مشابه	در یکی از اندازه‌گیری‌ها، تولید روزانه آرایه تمیز ۱۷.۱۸۸ کیلووات‌ساعت و آرایه آلوده ۱۵.۵۳۲ کیلووات‌ساعت بود؛ یعنی حدود ۹.۶ درصد اختلاف نسبت به آرایه تمیز. (منبع)
زهرانی لبنان	بخشی از یک نیروگاه ۱ MWp؛ مقایسه دوره پاک‌سازی با دوره مشابه سال قبل	پس از اجرای عملیات پاک‌سازی، افزایش متوسط ۳۲.۲۷٪ در تولید برق ثبت شد (منبع)

یک نمونه واقعی: افت ۵۰ درصدی تولید پنل خورشیدی در شرق عربستان

یکی از مطالعات شناخته ‌شده درباره گردوغبار پنل خورشیدی در شرق عربستان انجام شده است؛ منطقه‌ای که به دلیل شرایط خشک و وقوع طوفان‌های گردوغبار، شرایط سختی برای تجهیزات خورشیدی دارد. در این مطالعه مشخص شد که یک طوفان گردوغبار می‌تواند توان خروجی ماژول را تا حدود ۲۰ درصد کاهش دهد. همچنین در پنل‌هایی که بیش از شش ماه بدون تمیزکاری در محیط باقی مانده بودند، کاهش توان به ۵۰ درصد رسید.

این نتیجه یک نکته مهم برای بهره‌برداری دارد: افت تولید فقط به کثیف شدن پنل محدود نیست. اگر آلودگی برای مدت طولانی روی سطح باقی بماند، تلفات می‌تواند به مرور افزایش پیدا کند. البته نباید این عدد ۵۰ درصد را به همه نیروگاه‌ها تعمیم داد. شرایط اقلیمی و نرخ تجمع گردوغبار در این مطالعه با بسیاری از سایت‌های دیگر متفاوت است. 
 

بعد از شست‌وشو پنل خورشیدی چقدر تولید بهتر می‌شود؟

یکی از مهم‌ترین شواهد برای بررسی اثر گردوغبار، مقایسه عملکرد نیروگاه قبل و بعد از پاک‌سازی است. در یک مطالعه واقعی روی بخشی از نیروگاه خورشیدی ۱ مگاواتی زهرانی در لبنان، پژوهشگران اثر شست‌وشوی مرطوب پنل‌ها را بررسی کردند. پاک‌سازی بین ۱۵ ژوئن تا ۳۰ سپتامبر ۲۰۱۸ با استفاده از یک ربات انجام شد و تولید روزانه با دوره مشابه سال ۲۰۱۷ که نیروگاه در آن دوره شست‌وشو نشده بود، مقایسه شد.

نتیجه، افزایش متوسط ۳۲.۲۷ درصدی تولید برق بعد از اجرای عملیات پاک‌سازی بود. عدد ۳۲.۲۷ درصد را نباید برای همه نیروگاه‌ها یک مقدار معمول در نظر گرفت؛ چون مقایسه بین دو سال مختلف انجام شده و شرایط آب‌وهوایی نیز می‌تواند بر تولید اثر بگذارد. با این حال، نتیجه اصلی روشن است: در شرایطی که آلودگی اثر قابل توجهی روی پنل‌ها گذاشته باشد، شست‌وشو می‌تواند مقدار قابل‌توجهی از تولید از دست‌رفته را برگرداند. 

یک نمونه دیگر از تاثیر گردوغبار بر تولید نیروگاه خورشیدی؛ مقایسه پنل تمیز و آلوده در الجزایر

در یک مطالعه میدانی در منطقه ساحلی الجزایر، پژوهشگران عملکرد آرایه‌های خورشیدی تمیز و آلوده را در شرایط طبیعی مقایسه کردند. پیش از تمیزکاری، دو آرایه عملکرد نزدیک به هم داشتند. بعد از اینکه یکی از آرایه‌ها تمیز شد، تفاوت تولید بین دو بخش بیشتر شد. برای مثال، در یکی از اندازه‌گیری‌ها، تولید روزانه آرایه تمیز ۱۷.۱۸۸ کیلووات ‌ساعت و آرایه آلوده ۱۵.۵۳۲ کیلووات ‌ساعت بود. در اندازه‌گیری‌های بعدی نیز اختلاف مشابهی دیده شد و با ادامه تجمع آلودگی، عملکرد آرایه آلوده کاهش پیدا کرد. اگر این دو مقدار را با هم مقایسه کنیم، اختلاف تولید در آن روز حدود 9.6 درصد است. 

اهمیت این مطالعه برای تیم O&M این است که برای بررسی تلفات ناشی از گردوغبار می‌توان فقط به ظاهر پنل‌ها اکتفا نکرد؛ مقایسه عملکرد بخش‌های مشابه نیروگاه، به‌ خصوص وقتی شرایط تابش نزدیک باشد، می‌تواند اطلاعات بسیار دقیق‌تری ارائه دهد.

چه عواملی باعث می‌شوند میزان افت در نیروگاه‌ها متفاوت باشد؟

•     میزان و نوع گردوغبار: ذرات مختلف رفتار یکسانی روی سطح پنل ندارند و نوع آلودگی به شرایط محیط اطراف وابسته است.

•     مدت زمان تجمع: هرچه پنل مدت بیشتری بدون پاک‌سازی در معرض آلودگی بماند، احتمال افزایش تلفات بیشتر می‌شود.
•     بارندگی: باران می‌تواند بخشی از گردوغبار را از روی پنل پاک کند، اما هر بارندگی الزاما به معنی تمیز شدن کامل سطح پنل نیست.
•     زاویه نصب پنل: شکل و شیب پنل بر میزان تجمع ذرات و نحوه شسته شدن آن‌ها اثر می‌گذارد.
•     شرایط اطراف نیروگاه: نزدیکی به جاده، فعالیت‌های عمرانی، زمین‌های خاکی، صنایع یا مناطق بیابانی می‌تواند بار گردوغبار را بیشتر کند.

 
زمان مناسب شست‌وشوی پنل خورشیدی چه زمانی است؟

اگر پنل‌ها بیش از حد زود شسته شوند، هزینه آب، نیروی انسانی، تجهیزات و عملیات افزایش پیدا می‌کند. از طرف دیگر، اگر شست‌وشو بیش از حد به تعویق بیفتد، نیروگاه در تمام این مدت بخشی از انرژی قابل تولید خود را از دست می‌دهد. به همین دلیل، برنامه‌ای مثل شست‌وشوی ثابت هر ۳۰ روز ممکن است در یک نیروگاه مناسب باشد اما در سایت دیگری اصلا اقتصادی نباشد. حتی IEA PVPS نیز روی همین موضوع تاکید می‌کند و بهینه‌سازی برنامه شست‌وشو را متناسب با شرایط هر سایت و اندازه‌گیری تلفات ناشی از گرد و غبار توصیه می‌کند. این نهاد همچنین اشاره می‌کند که آلودگی در سطح ماژول و حتی در نقاط مختلف یک نیروگاه می‌تواند ناهمگون باشد. بنابراین، بهتر است زمان شست‌وشو بر اساس ترکیبی از این عوامل مشخص شود: میزان تجمع آلودگی، روند تولید، شرایط آب‌وهوایی، هزینه شست‌وشو و مقدار انرژی‌ که با پاک‌سازی قابل بازیابی است.

چطور تشخیص دهیم کاهش تولید به دلیل گردوغبار است؟

افت راندمان پنل خورشیدی همیشه به معنی وجود گردوغبار نیست و برای تشخیص علت آن باید داده‌های تابش، تولید و وضعیت تجهیزات در کنار هم بررسی شوند. ممکن است مشکل از اینورتر، استرینگ، اتصالات، کاهش تابش یا عوامل دیگری باشد. برای همین، تشخیص افت تولید نیروگاه خورشیدی باید با بررسی چند داده در کنار هم انجام شود.

برای مثال، اگر در یک بازه مشخص تابش مناسب بوده و تجهیزات اصلی نیز بدون خطای جدی کار کرده‌اند، اما تولید نرمال‌ نیروگاه به‌ تدریج پایین آمده است، آلودگی پنل‌ها می‌تواند یکی از عوامل احتمالی باشد. مقایسه اینورترها یا آرایه‌های مشابه نیز می‌تواند کمک‌کننده باشد. اگر چند بخش با شرایط مشابه رفتار طبیعی داشته باشند ولی عملکرد یک بخش به ‌مرور کاهش پیدا کند، باید وضعیت آن بخش دقیق‌تر بررسی شود. یکی دیگر از نشانه‌های مفید، تغییر عملکرد بعد از شست‌وشو است. اگر پس از پاک‌سازی تولید بهبود پیدا کند، احتمال نقش داشتن آلودگی در افت تولید بیشتر می‌شود.
 

نقش مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی در تشخیص آلودگی

مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی کمک می‌کند روند عملکرد در طول زمان دیده شود و افت‌های تدریجی از تغییرات طبیعی تولید جدا شوند. داده‌های سیستم مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی همچنین امکان مقایسه بخش‌های مختلف را فراهم می‌کنند. این موضوع زمانی اهمیت بیشتری دارد که گردوغبار در تمام سایت به یک اندازه پخش نشده باشد.

در سلاریس 365 بخوانید:

مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی برای شرکت‌های مجری نیروگاه
 

سلاریس 365 چه کمکی به مدیریت گردوغبار می‌کند؟

برای بهره‌بردار، مسئله اصلی فقط این نیست که بداند پنل‌ها کثیف شده‌اند؛ مهم این است که بداند این آلودگی چه اثری بر عملکرد نیروگاه گذاشته است. سلاریس 365 با پایش و تحلیل داده‌های عملکرد نیروگاه خورشیدی می‌تواند به شناسایی روندهای افت تولید کمک کند. وقتی داده‌های عملکرد نیروگاه در طول زمان بررسی شوند، تغییرات غیرعادی راحت‌تر دیده می‌شوند و تیم بهره‌برداری می‌تواند بررسی کند که آیا احتمال دارد آلودگی پنل‌ها در افت تولید نقش داشته باشد یا نه.

این اطلاعات می‌توانند در تصمیم‌گیری برای زمان مناسب شست‌وشو نیز استفاده شوند. در نتیجه، بهره‌بردار به جای اینکه فقط بر اساس یک برنامه ثابت زمانی عمل کند، می‌تواند وضعیت واقعی نیروگاه را در نظر بگیرد و زمان بررسی یا شست‌وشوی پنل‌ها را مشخص یا یادآوری کند. در این حالت، داده‌های مانیتورینگ فقط برای مشاهده تولید استفاده نمی‌شوند و می‌توانند به تصمیم‌گیری درباره زمان بررسی و شست‌وشوی پنل‌ها کمک کنند. یک نرم‌افزار مانیتورینگ نیروگاه خورشیدی می‌تواند با ثبت و تحلیل مداوم داده‌های تولید، شناسایی روندهای افت عملکرد و تاثیر گردوغبار بر تولید نیروگاه خورشیدی را برای تیم بهره‌برداری ساده‌تر کند.

جمع‌بندی

وقتی ذرات گرد و غبار روی سطح پنل جمع می‌شوند، بخشی از تابش خورشید به سلول‌ها نمی‌رسد و در نتیجه توان و انرژی تولیدی کاهش پیدا می‌کند. تاثیر گردوغبار بر تولید نیروگاه خورشیدی به شرایط نیروگاه بستگی دارد. نمونه‌های واقعی نشان می‌دهند که بعد از پاک‌سازی می‌توان بهبود محسوسی در تولید مشاهده کرد. با این حال، هیچ عددی را نمی‌توان بدون توجه به شرایط سایت به همه نیروگاه‌ها تعمیم داد.

بنابراین، زمان مناسب شست‌وشوی پنل خورشیدی بهتر است فقط بر اساس تقویم مشخص نشود. بررسی روند تولید، شرایط محیطی و داده‌های عملکرد نیروگاه می‌تواند به تیم بهره‌برداری و نگهداری کمک کند تا زمان مناسب‌تری برای پایش نیروگاه خورشیدی و شست‌وشو انتخاب کند و بعد از آن نیز میزان بهبود تولید را اندازه بگیرد.

سوالات متداول

تاثیر گردوغبار بر تولید نیروگاه خورشیدی چقدر است؟

میزان افت به شرایط محیطی و مدت تجمع آلودگی بستگی دارد. حتی IEA PVPS میانگین جهانی تلفات ناشی از soiling را حدود ۴ تا ۷ درصد اعلام کرده است، اما در مناطق غبارخیز افت‌های بسیار بیشتری نیز گزارش شده است.

آیا هر بار که پنل‌ها کثیف می‌شوند باید آن‌ها را شست؟

خیر. تصمیم برای شست‌وشو بهتر است بر اساس میزان افت عملکرد، شرایط محیطی، هزینه عملیات و انرژی قابل بازیابی گرفته شود.

بهترین فرصت برای شست‌وشوی پنل خورشیدی چه زمانی است؟

زمان مناسب برای همه نیروگاه‌ها یکسان نیست. بهتر است روند تجمع آلودگی و تغییرات تولید در همان سایت بررسی شود و برنامه شست‌وشو بر اساس شرایط واقعی نیروگاه تنظیم شود.

چگونه بفهمیم افت به دلیل تاثیر گردوغبار بر تولید نیروگاه خورشیدی است؟

مقایسه روند تولید با تابش، بررسی عملکرد اینورترها و آرایه‌های مختلف و همچنین مقایسه تولید قبل و بعد از شست‌وشو می‌تواند به تشخیص نقش گردوغبار در افت عملکرد کمک کند.

سلاریس 365 چه کمکی به تشخیص تلفات ناشی از گردوغبار می‌کند؟

سلاریس 365 با پایش و تحلیل داده‌های عملکرد نیروگاه به تیم بهره‌ برداری کمک می‌کند روندهای افت تولید را شناسایی و عملکرد بخش‌های مختلف را بررسی کند. این داده‌ها می‌توانند برای تصمیم‌گیری درباره زمان بررسی و شست‌وشوی پنل‌ها نیز مورد استفاده قرار بگیرند.

منابع: MDPI، Reaseachgate