Po a střecha integrované fotovoltaiky (BIPV). je nainstalován, jedním z nejsnáze přehlédnutelných úkolů O&M je čištění.
Návrhy prochází kontrolou, konstrukce je kontrolována a je testováno připojení k síti. Úklidu se ale často věnuje mnohem méně pozornosti. V době, kdy majitel zaznamená pokles ve výrobě energie, se ztráty znečištěním již mohou nahromadit za celý rok.
Tato příručka odpovídá na tři klíčové otázky: Kolik energie se ztratí bez čištění? Jak často by se měla střecha BIPV čistit? A jak jej lze vyčistit bez poškození systému?
Náklady na zanedbání úklidu: Kolik energie se ztrácí znečištěním?
Klima určuje rozsah ztrát znečištěním
Ztráty znečištěním nejsou fixní. Závisí na místních srážkách, koncentraci polétavého prachu, úhlu naklonění modulu, rychlosti větru a dalších podmínkách prostředí.
| Klimatická zóna | Roční ztráta znečištěním | Klíčové vlastnosti |
| Čisté podnebí s častými srážkami | 1 %–2 % | Dešťové srážky poskytují podstatné přirozené čištění |
| Severovýchodní a středozápadní Spojené státy americké | 2–4 % | Sezónní znečištění, v zimě sníh |
| Jihozápad Spojených států | 4–10 % | Suché podmínky a omezené srážky |
| Zemědělské oblasti střední Kalifornie | 6–12 % | Zemědělský prach v kombinaci se suchými podmínkami |
| Suché oblasti Indie, včetně Rádžasthánu | 8 %–15 % | Období sucha může trvat až devět měsíců |
| Střední východ | 12–25 % | Časté prachové bouře a velmi omezené srážky |
| Polosuché oblasti sousedící se Saharou | 15 %–30 % | Extrémní podmínky znečištění |
Stejný fotovoltaický modul může zaznamenat dramaticky odlišné roční ztráty znečištěním v Německu a Saúdské Arábii. Rozdíl může být i více než desetinásobný. Úklidové strategie by neměly být uplatňovány jednotně napříč trhy. Musí být přizpůsobeny místním klimatickým podmínkám a podmínkám na místě.
Jak znečištění ovlivňuje výkon FV
Znečištění ovlivňuje výrobu energie třemi hlavními mechanismy.
Za prvé: Snížená propustnost světla. Prachové částice pohlcují a odrážejí dopadající sluneční světlo, čímž snižují množství světla dopadajícího na solární články a snižují výkon.
Za druhé: Nelineární degradace výkonu při hromadění nečistot. Když hustota znečištění dosáhne určité úrovně, dopad na výkon může být závažnější. Při uváděné hustotě znečištění 20 g/m² se může zkratový proud snížit o 15 %–21 %, zatímco účinnost může klesnout o 15 %–35 %, v závislosti na testovacích podmínkách a vlastnostech nanášeného materiálu.
Za třetí: Lokalizovaná horká místa způsobená nerovnoměrným znečištěním. Když se v některých oblastech modulu nahromadí výrazně více nečistot než v jiných, může dojít k částečnému zastínění. Stínované články mohou energii spíše rozptylovat, než ji generovat, což vytváří lokalizovaná horká místa, která urychlují stárnutí materiálu a potenciálně poškodit modul.
Jednoduchá analýza nákladů a přínosů
Uvažujme 1 MW komerční a průmyslový střešní systém BIPV za předpokladu roční výroby elektřiny 1 200 MWh a ceny elektřiny 0,15 $/kWh.
- Roční příjem elektřiny: Přibližně 180 000 USD
- Ztráta příjmů při 10% roční ztrátě znečištění: Přibližně 18 000 $
- Roční náklady na čištění 0,01 $/W: Přibližně 10 000 $
V suchých oblastech se návratnost výdajů na úklid obvykle pohybuje od 1:1,5 do 1:2. V deštivých oblastech může klesnout pod 1:1, takže čištění je neekonomické.
Jak často by se měla BIPV střecha čistit?
Nastavte frekvenci čištění podle prostředí
| Podmínky prostředí | Doporučená frekvence čištění | Klíčové úvahy |
| Mírné deštivé podnebí s ročními srážkami nad 800 mm | 1–2krát ročně | Odstraňte především ptačí trus, mízu ze stromů a další přetrvávající nečistoty |
| Obecné průmyslové oblasti | 2–4krát ročně | Zvažte rychlost usazování průmyslového prachu |
| Městské oblasti a místa v blízkosti hlavních silnic | 3–4krát ročně | Částice související s dopravou mohou silně ulpívat na povrchu |
| Suché a prašné oblasti | Jednou za měsíc v období sucha | Zvažte dodatečné čištění do 48 hodin po prašné bouři, pokud je to bezpečné a praktické |
| Extrémně suché oblasti na Středním východě a v severní Africe | Každé 1–2 týdny v období sucha | Časté výskyty prachu mohou vyžadovat intenzivnější monitorování |
Jeden často opomíjený bod: Úklid po prašné bouři by měl mít přednost před pravidelným plánem úklidu. Jediná silná prašnost může uložit tolik prachu, kolik by se normálně nahromadilo za celý měsíc.
Jako spouštěč čištění použijte poměr výkonu (PR).
Pokud má fotovoltaický systém monitorovací platformu, může být spouštění čištění na základě poměru výkonu (PR) ekonomičtější než dodržování pevného plánu.
Praktickým přístupem je vytvořit základní křivku PR a zvážit čištění, když naměřená PR klesne o 2 % vzhledem k základní linii. Tento práh může pomoci identifikovat potenciální ztráty znečištěním a zároveň se vyhnout zbytečnému čištění.
PR však může také klesnout kvůli změnám účinnosti měniče, teplotě modulu, poruchám zařízení, degradaci nebo jiným provozním podmínkám. Tyto faktory by měly být prozkoumány předtím, než se pokles přisoudí znečištění.
Metody čištění střech BIPV: Porovnání nákladů
Běžné metody čištění
| Metoda čištění | Spotřeba vody | Relativní náklady | Typické aplikace | Výkon čištění |
| Ruční čištění kartáčkem s měkkými štětinami a vodou | 1–2 l na modul | vysoká; pracné | Malé střechy a složité geometrie střech | Výborně |
| Roboty pro chemické čištění | žádný | střední; poměrně vysoká počáteční investice | Velké ploché střechy a pozemní fotovoltaické elektrárny | Dobře |
| Roboty na stříkání vody | 0,5–1 l na modul | Střední | Velké komerční a průmyslové střechy | Velmi dobré |
| Čištění za pomoci dronu | Nízká | Vysoká | Vyvýšené nebo obtížně přístupné střechy | Mírný |
| Suché kartáčování nebo odstraňování prachu pomocí vibrací | žádný | Nízká | Oblasti s nedostatkem vody | Mírný |
Roční náklady na čištění se obvykle pohybují od 0,005 do 0,02 USD za watt v závislosti na dostupnosti střechy, mzdových nákladech a použité metodě čištění.
TÚloha nátěrů proti znečištění
Nátěry proti znečištění, včetně hydrofilních a hydrofobních nanonátěrů, nejsou náhradou za čištění. Místo toho pomáhají snižovat hromadění nečistot a prodlužují intervaly čištění.
Testy v terénu ukázaly, že fotovoltaické moduly s povlakem proti znečištění akumulují o 30–40 % méně prachu mezi čisticími cykly než moduly bez povlaku. Udávaná životnost nátěru se však značně liší, pohybuje se od 18–24 měsíců do 3–5 let. Skutečná životnost by měla být ověřena na základě zkušebních údajů dodavatele.
Přestože nátěry proti znečištění vyžadují poměrně vysokou počáteční investici, mohou z dlouhodobého hlediska snížit počet čisticích operací přibližně o jednu třetinu. V suchých a prašných oblastech může být investice často ekonomicky opodstatněná.
Čtyři běžné chyby při čištění střech BIPV
Použití tvrdé vody
To může být jedna z nejnákladnějších chyb při čištění.
Když má podzemní voda koncentraci celkových rozpuštěných pevných látek (TDS) vyšší než 500 ppm, voda nastříkaná na horké sklo se může rychle odpařovat a zanechávat usazeniny vápníku a hořčíku. Po 3–4 čisticích cyklech mohou tyto usazeniny způsobit trvalé snížení propustnosti skla o 2–4 % a jejich odstranění může být obtížné nebo nemožné.
Doporučený postup: Použijte vodu s reverzní osmózou (RO) nebo deionizovanou vodu s TDS kontrolovaným pod 50 ppm.
Úklid během vrcholných poledních veder
Stříkání studené vody na FV moduly při teplotách nad 60 °C může způsobit tepelné napětí ve skle, což může způsobit mikrotrhliny nebo v závažných případech rozbití skla.
Doporučený postup: Čistěte brzy ráno nebo pozdě odpoledne, když se teploty modulu blíží teplotě okolí.
Příliš časté čištění
V prostředí s nízkým znečištěním může měsíční čištění stát více, než kolik stojí dodatečná výroba elektřiny. Dalším problémem je opotřebení povrchu. Suché kartáčování a škrábání může na skle zanechat mikroskopické škrábance. V průběhu času mohou tyto škrábance snížit propustnost světla a potenciálně kompenzovat výhody čištění.
Použití čisticích prostředků
Některé čisticí prostředky mohou poškodit antireflexní (AR) vrstvu na skle. AR povlaky mohou zlepšit propustnost světla přibližně o 2–3 %, v závislosti na produktu. Pokud je povlak poškozen, některé z těchto výkonnostních výhod mohou být trvale ztraceny.
Doporučený postup: Použijte čistou vodu a kartáč s měkkými štětinami. V případě odolných nečistot, jako je ptačí trus nebo míza ze stromů, použijte k čištění postižené oblasti měkký hadřík navlhčený vodou.
Tři designová rozhodnutí, která mohou snížit náklady na čištění
Sklon střechy a drenážní cesty
Střešní povrchy s úhlem sklonu 15° nebo více mohou těžit z gravitačního odtoku, který pomáhá odstranit část nahromaděného prachu a zlepšuje přirozené čištění za vhodných dešťových podmínek.
Drenážní cesty by měly být navrženy tak, aby zabránily stojaté vodě. Jakmile se stojatá voda odpaří, může zanechat vodní skvrny a minerální usazeniny, které se obtížněji odstraňují než uvolněný prach.
Čištění přístupových cest
U velkých střech by měly být od počátku začleněny do návrhu čisticí cesty a bezpečné přístupové cesty. Bez vyhrazených přístupových cest se mohou náklady na čištění potenciálně zdvojnásobit, protože zařízení se nedostane na střechu efektivně a hadice nemusí pokrývat všechny oblasti.
Musí být také zvážena bezpečnost, včetně ochranných zábradlí, kotevních bodů záchranného lana a vhodných systémů ochrany proti pádu.
Údržba připojení
Vyhraďte prostor pro vodovodní přípojky, odvodňovací vývody a prostory pro skladování zařízení. Tato opatření jsou obecně nenákladná na začlenění během výstavby. Jejich dodatečná montáž po uvedení do provozu může vyžadovat úpravy dokončené střechy, což zvyšuje náklady i provozní poruchy.
Často kladené otázky
Q1: Potřebují střechy BIPV čištění? Jak se liší od běžných fotovoltaických systémů?
Ano. Vzhledem k tomu, že moduly BIPV tvoří část střechy samotné, musí čištění brát v úvahu nejen výrobu energie, ale také vzhled střechy a hydroizolaci. Jedním z klíčových rozdílů je, že moduly BIPV často nejsou navrženy tak, aby podporovaly pěší provoz, a některé produkty mají specifická omezení týkající se nosnosti. Úklidové přístupové cesty a postupy proto musí být navrženy speciálně pro systém.
Q2: Může déšť nahradit ruční čištění?
Částečně. Déšť může smýt uvolněný prach, ale obecně je neúčinný proti odolným nečistotám, jako jsou ptačí trus, míza ze stromů a zbytky průmyslových olejů. Dokonce i v deštivých oblastech může být nutné ruční čištění 1–2krát ročně.
Q3: Může čištění poškodit FV moduly?
Správné čištění by mělo minimalizovat riziko poškození. Mezi hlavní rizika patří minerální usazeniny způsobené tvrdou vodou, tepelné namáhání při čištění horkých modulů studenou vodou a škrábance způsobené abrazivními materiály nebo kartáči s tvrdými štětinami. Dodržování pokynů výrobce k čištění a vyhýbání se těmto postupům může pomoci chránit moduly.
Použijte tento jednoduchý vzorec: Poměr nákladů na čištění = roční náklady na čištění ÷ (roční ztráta znečištěním × roční výnosy z elektřiny)
Poměr nižší než 1 znamená, že odhadovaná zpětně získatelná ztráta příjmů převyšuje náklady na čištění, což naznačuje, že čištění se může ekonomicky vyplatit. V suchých oblastech může být poměr kolem 0,5, zatímco v deštivých oblastech se může blížit nebo překračovat 1.
Otázka 5: Vyplatí se investice do nátěrů proti znečištění?
Mohou být užitečné v oblastech, kde roční ztráty znečištěním přesahují 8 %. Některé terénní testy prokázaly, že povlaky proti znečištění mohou snížit hromadění prachu o 30 %–40 %, což může potenciálně snížit frekvenci čištění. V oblastech s nízkou úrovní znečištění však může být návratnost investice omezená.
Potřebujete strategii úklidu šitou na míru vašemu umístění projektu BIPV?
E-mail: info@xzbesta.com
