Wraz z szybkim wzrostem nasłonecznienia w regionach północnych, wpływ zacieniania modułów fotowoltaicznych przez śnieg jest coraz większym problemem. Opublikowane szacunki strat energii wahają się od 1 do 12% rocznie (USA), przy czym miesięczne straty sięgają nawet 100%, w zależności od lokalizacji i warunków pogodowych (miesiące zimowe). Ponadto śnieg powoduje nadmierne i nierównomierne obciążenie modułów, ogniw i systemów. Długoterminowe oddziaływanie takich warunków pracy na moduły nie jest znane.
Sandia National Laboratories, Politechnika Michigan, University of Alaska Fairbanks oraz University of Michigan to uczestnicy projektu, którego celem jest ułatwienie odśnieżania modułów fotowoltaicznych na dużą skalę.
Projekt „Snow as a Factor in Photovoltaic Performance and Rehabilitanty” ma na celu zwiększenie wydajności słonecznej w regionach USA, w których regularnie występują opady w temperaturach ujemnych, poprzez identyfikację wielu czynników przyczyniających się do topnienia śniegu. Modyfikowanie modeli predykcyjnych w celu dokładniejszego odzwierciedlenia tych warunków i proponowanie strategii łagodzenia skutków częściowego zacienienia modułów zalegającym śniegiem przyczyni się do zwiększenia zarówno wydajności, jak i niezawodności pracy systemów fotowoltaicznych.
Przy wsparciu właścicieli instalacji fotowoltaicznych w północnych Stanach Zjednoczonych, Sandia National Laboratories podjęła ważną inicjatywę mającą na celu ilościowe określenie strat spowodowanych zalegającym śniegiem w skali użytkowej. Jej celem jest:
1) określenie ilościowe rzeczywistych strat spowodowanych zalegającym śniegiem w wielu lokalizacjach i przy użyciu różnych technologii,
2) określenie parametrów systemu, które minimalizują straty spowodowane zalegającym śniegiem,
3) opracowanie ekonomicznej linii bazowej, z którą można porównać różne opcje łagodzenia tego zjawiska.
Głównym celem pracy zespołu jest zbieranie danych o pracy systemów fotowoltaicznych w czasie zacienienia śniegiem oraz ich korelowanie z typami modułów/ogniw, charakterystyką powierzchni, architekturą ram i szaf, kątami nachylenia modułów oraz danymi meteorologicznymi.
Ekstremalne zdarzenia pogodowe (rekordowe opady śniegu, niskie i ekstremalne wahania temperatury oraz gwałtowne burze gradowe), które powodują widoczne uszkodzenia, są dobrze udokumentowane. Praktycznie nieznany jest długoterminowy wpływ takich zdarzeń na integralność ogniw słonecznych i niezawodność modułów (w szczególności nierównomierny rozkład zacienienia spowodowany nierównomiernie zalegającym śniegiem). Ta działalność badawcza pozwoli ustalić dane wyjściowe i długofalowe, które będą kluczem do zrozumienia przyczyn powstawania mechanizmów pękania ogniw.
Celem badań jest identyfikacja możliwych modyfikacji w projekcie modułu i systemu, które spowodują przyspieszone zrzucanie śniegu z paneli fotowoltaicznych. Głównym celem naszych badań jest:
1) opracowanie powłok odpornych na zaleganie śniegu, które zmniejszają straty spowodowane zacienieniem zalegającym śniegiem,
2) identyfikacja komponentów i innych parametrów, takich jak specyfika projektu, które spowodują ilościowy wzrost wydajności w porównaniu ze standardowymi instalacjami fotowoltaicznymi.
Projekt ten jest wielostanowiskowy – badania terenowe dla tego projektu są obecnie prowadzone w następujących lokalizacjach:
Michigan Technical University w Houghton, MI (N 47°, W 88°)
University of Michigan, Ann Arbor, MI (N 42°, W84°)
University of Alaska, Fairbanks, AK (N 64°, W147°)
Willow Solar Farm w Willow, AK (N 62°, W150°)
Wartość projektu dla amerykańskiego sektora fotowoltaicznego oraz miejsc, w których występuje okresowe całkowite bądź nierównomierne zacienienie modułów fotowoltaicznych spowodowane zalegającym śniegiem:
1. Rentowność lokalizacji –systemy zoptymalizowane pod kątem śnieżnego klimatu będą generować więcej energii elektrycznej, obniżając uśredniony koszt energii (LCOE).
2. Modelowanie wydajności przez cały okres eksploatacji – zwiększenie dokładności modeli utraty śniegu przekłada się na dokładniejsze obliczenia LCOE, co pomaga w rozwoju rynków energii słonecznej.
3. Dostępność zasobów/energia/odporność – systemy, które zrzucają śnieg, szybko udostępniają więcej energii sieci, co zwiększa jej odporność na skutki silnych burz i intensywnych opadów.
4. Niezawodność modułów i systemów – identyfikacja i łagodzenie słabych punktów projektu, które przyczyniają się do gromadzenia się śniegu i lodu, prowadzi do budowy bardziej wytrzymałych i produktywnych systemów.
5. Stabilność sieci – modelowanie predykcyjne zrzucania śniegu zwiększa dokładność narzędzi prognozujących nasłonecznienie i umożliwia dostawcom energii elektrycznej planowanie nagłych oscylacji mocy.
Sandia National Laboratories to wielozadaniowe laboratorium zarządzane i obsługiwane przez National Technology and Engineering Solutions of Sandia, LLC., spółkę zależną w całości należącą do Honeywell International, Inc., dla Narodowej Administracji Bezpieczeństwa Jądrowego Departamentu Energii USA na podstawie umowy DE-NA-0003525.
Źródło: energy.sandia.gov
Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
