Hai phương pháp phổ biến được sử dụng trong ngành để ước tính mức độ bẩn trong các dự án năng lượng mặt trời giúp giảm thiểu tổn thất, nhưng có nhiều phạm vi để quan sát chính xác hơn.
Tổn thất do bẩn – sự giảm bức xạ được hấp thụ bởi một mô-đun năng lượng mặt trời do sự tích tụ của các hạt vật chất trên bề mặt của nó – là một biến số quan trọng để mô tả và giám sát tại các nhà máy điện mặt trời quy mô tiện ích. Ô nhiễm bề mặt làm gián đoạn các quá trình quang học quyết định số phận của các photon, nghĩa là nhiều năng lượng mặt trời bị hướng ra khỏi mô-đun do sự tán xạ tăng cường tại giao diện này.
Định lượng tác động tổng thể của việc làm bẩn đi kèm với những thách thức riêng của nó, phần lớn là do sự thay đổi cực độ trong cả hiệu ứng quang học của vật liệu lắng đọng và tính nhạy cảm của địa điểm đối với sự tích tụ bất lợi của bụi và các hạt khác. Mức độ tổn thất do bẩn đối với một dự án nhất định phụ thuộc vào một số tham số bao gồm các tham số liên quan đến vị trí địa lý, tính chất vật lý của vật liệu lắng đọng và tác động tổng hợp của các quá trình môi trường cục bộ thay đổi theo thời gian và không gian.
Sự khác biệt như vậy gây khó khăn cho các nhà phát triển và chủ sở hữu dự án trong việc xác định các chiến lược giảm thiểu tối ưu trong danh mục đầu tư của họ, điều đó có nghĩa là chủ sở hữu tài sản dễ bị tổn thương do chi phí không hiệu quả và hiệu suất giảm. Ngoài ra, việc định lượng không đầy đủ tác động của việc làm bẩn làm tăng sự không chắc chắn về hiệu suất và rủi ro tài chính. Tuy nhiên, nhờ có nhiều giải pháp kỹ thuật đầy triển vọng hiện có, dường như đã có tiến bộ hướng tới sự hiểu biết sâu sắc hơn và phát triển hơn về ước tính tổn thất do bẩn. Kiến thức này sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định phương pháp hay nhất trong ngành khi nói đến quản lý thành công.
Phương pháp đo lường
Hiện tại, có hai phương pháp kỹ thuật chủ đạo để đo lường tổn thất do bẩn. Phương pháp đầu tiên, được đại diện bởi tiêu chuẩn kỹ thuật IEC 61724, bao gồm các phương pháp được sử dụng để đo trực tiếp dòng điện hoặc tổn thất điện năng của cả mô-đun tham chiếu sạch và sản phẩm bẩn.
Kinh nghiệm rút ra từ việc triển khai phương pháp này đã kết luận rằng việc ước tính quá cao hoặc quá thấp mức tổn thất điện năng thực tế có thể xảy ra trong các tình huống liên quan đến tình trạng bẩn không đồng nhất khi chỉ so sánh chỉ số dòng điện. Sự khôn ngoan thông thường hơn nữa khuyến nghị sử dụng hình học và định vị bảng điều khiển đại diện cũng như các tham chiếu tự làm sạch để giảm chi phí khi có thể. Cách tiếp cận này đã chứng minh độ chính xác cao nhưng tốn kém và hạn chế ở chỗ nó yêu cầu giả định về tính đồng nhất của tổn thất do bẩn trên một địa điểm.
Cách tiếp cận phổ biến khác là sử dụng các cảm biến để khai thác các hiệu ứng quang học có thể quan sát được của các vật liệu lắng đọng trên bề mặt mô-đun. Các thiết bị này được thiết kế để hoạt động độc lập nhằm đo năng lượng truyền qua hoặc phản xạ từ bề mặt kính bẩn.
Được trang bị những quan sát này, có thể tính toán đầy đủ tất cả các số hạng trong phương trình biểu thị sự phân chia bức xạ mặt trời tới và có thể suy ra tổn thất do bẩn. Tuy nhiên, vấn đề là mối quan hệ giữa năng lượng truyền qua ở một bước sóng duy nhất và tổn thất làm bẩn PV liên quan chính xác là không cố định. Do đó, phương pháp luận này bỏ qua hai thực tế quan trọng: thứ nhất là vật liệu lắng đọng gây bẩn có một số tính chất vật lý có tác động phụ thuộc vào bước sóng đối với bức xạ tới; và thứ hai là mỗi thiết kế mô-đun có một đường cong phản ứng quang phổ duy nhất mô tả cách vật liệu chuyển đổi năng lượng ở các bước sóng khác nhau.
Nhìn về phía trước, các sáng kiến phát triển và điều tra đang diễn ra có khả năng nâng cao tiện ích của các phương pháp hiện tại và tạo ra các giải pháp mới nhằm giảm hơn nữa sự kém hiệu quả và sự không chắc chắn liên quan đến tổn thất do bẩn.
Có lẽ đáng chú ý nhất trong số các cách tiếp cận khả thi là cơ hội nâng cao năng lực cho các mô hình thực nghiệm liên kết các đặc điểm dễ quan sát hơn hoặc nhiều thông tin hơn của các phép đo mô-đun bẩn với mức giảm hiệu suất tương ứng. Ví dụ, để khắc phục những bất cập của phép đo độ truyền qua bước sóng đơn lẻ, có thể tận dụng các quan sát ở sự kết hợp của các bước sóng để lập mô hình tổn thất do bẩn dự kiến.
Công suất dự kiến
Cũng có thể tăng cường dữ liệu đo lường tổn thất do bẩn bằng các mô hình dự báo và dự đoán mối quan hệ giữa các điều kiện môi trường và hiệu suất PV bị suy giảm liên quan đến bẩn. Các biến như kích thước hạt thành phần đất, độ sâu quang học sol khí, thống kê lượng mưa và độ ẩm tương đối có thể được sử dụng để hiểu tiềm năng nhiễm bẩn trong tương lai của một vị trí và để ước tính tác động của nhiễm bẩn từ tập hợp các biến cộng với các quan sát trực tiếp về tổn thất và truyền điện. Cách tiếp cận này làm giảm sự phụ thuộc vào độ chính xác quan sát tại một điểm và cho phép bối cảnh hóa dữ liệu cho mô hình dự đoán tổng thể.
Cuối cùng, nếu mối quan hệ giữa các tính năng quang học và tổn thất PV tiếp tục được chứng minh và tinh chỉnh bằng thực nghiệm, thì việc sử dụng hình ảnh trên không để ước tính độ bẩn có thể trở nên phổ biến hơn. Các nền tảng để thu thập và xử lý loại dữ liệu này có thể là một công cụ hiệu quả để ước tính độ truyền qua bằng cách ước tính độ phản xạ bề mặt được biểu thị bằng độ sáng pixel, để bổ sung và chia tỷ lệ, tại chỗ, quan sát, sao cho các ước tính đầy đủ hơn về tổn thất do bẩn trên toàn dự án là có thể đạt được.
Khi sự phát triển năng lượng mặt trời tiếp tục phát triển trên toàn cầu, nhu cầu tối ưu hóa các phép đo độ bẩn là điều tối quan trọng. Bằng cách điều tra các phương pháp này một cách kỹ lưỡng và bằng cách tận dụng dữ liệu, sẽ có thể tinh chỉnh các khuyến nghị để mở đường cho sự phát triển năng lượng mặt trời hiệu quả và thành công hơn.
Alexandra E Arntsen, Tiến sĩ, là nhà khoa học dữ liệu hàng đầu tại NRG Systems, một công ty có hơn 40 năm kinh nghiệm với các hệ thống đo lường để đánh giá tài nguyên trong ngành năng lượng tái tạo. Arntsen tập trung vào việc trích xuất thông tin chi tiết từ dữ liệu được quan sát và mô hình hóa cho các ứng dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Cô lấy bằng Tiến sĩ tại Trường Kỹ thuật Thayer tại Đại học Dartmouth, nơi nghiên cứu của cô tập trung vào mô hình hóa và quan sát sự phân chia bức xạ mặt trời trong các hệ cực để hiểu rõ hơn về ngân sách năng lượng bề mặt toàn cầu.
Tài liệu: IEC 61724 phần 1, phần 2, phần 3
