После крыша с интегрированной в здание фотоэлектрической системой (BIPV) установлен, одной из задач по эксплуатации и техническому обслуживанию, которую чаще всего упускают из виду, является очистка.
Проекты проходят экспертизу, конструкция проверяется, а подключение к сети проверяется. Но уборке зачастую уделяется гораздо меньше внимания. К тому времени, когда владелец заметит снижение выработки электроэнергии, потери от загрязнения могут уже накопиться за целый год.
Это руководство отвечает на три ключевых вопроса: Сколько энергии теряется без очистки? Как часто следует чистить крышу BIPV? И как его можно почистить, не повредив систему?
Цена пренебрежения уборкой: сколько энергии теряется из-за загрязнения?
Климат определяет масштаб потерь от загрязнения
Потери от загрязнения не фиксированы. Они зависят от местных осадков, концентрации пыли в воздухе, угла наклона модуля, скорости ветра и других условий окружающей среды.
| Климатическая зона | Ежегодные потери от загрязнения | Ключевые характеристики |
| Чистый климат с частыми дождями | 1%–2% | Осадки обеспечивают существенную естественную очистку |
| Северо-восток и Средний Запад США | 2%–4% | Сезонное загрязнение, зимой снег. |
| Юго-запад США | 4%–10% | Засушливые условия и ограниченное количество осадков |
| Сельскохозяйственные районы Центральной Калифорнии | 6%–12% | Сельскохозяйственная пыль в сочетании с засушливыми условиями |
| Засушливые регионы Индии, включая Раджастан. | 8%–15% | Засушливые сезоны могут длиться до девяти месяцев. |
| Ближний Восток | 12%–25% | Частые пыльные бури и очень ограниченное количество осадков. |
| Полузасушливые районы, граничащие с Сахарой | 15%–30% | Экстремальные условия загрязнения |
Один и тот же фотоэлектрический модуль может испытывать совершенно разные годовые потери от загрязнения в Германии и Саудовской Аравии. Разница может быть более чем десятикратной. Стратегии очистки не должны применяться единообразно на всех рынках. Их необходимо адаптировать к местному климату и условиям местности.
Как загрязнение влияет на производительность фотоэлектрических систем
Загрязнение влияет на выработку электроэнергии посредством трех основных механизмов.
Первое: снижение светопропускания. Частицы пыли поглощают и отражают падающий солнечный свет, уменьшая количество света, попадающего на солнечные элементы, и снижая выходную мощность.
Второе: нелинейное ухудшение производительности по мере накопления загрязнений. Когда плотность загрязнения достигает определенного уровня, влияние на производительность может стать более серьезным. При заявленной плотности загрязнения 20 г/м² ток короткого замыкания может снизиться на 15–21 %, а эффективность – на 15–35 %, в зависимости от условий испытаний и характеристик наносимого материала.
Третье: локализованные горячие точки, вызванные неравномерным загрязнением. Когда в некоторых областях модуля скапливается значительно больше грязи, чем в других, может возникнуть частичное затенение. Заштрихованные ячейки могут рассеивать энергию, а не генерировать ее, создавая локализованные горячие точки, которые ускоряют старение материала и потенциально могут повредить модуль.
Простой анализ затрат и выгод
Рассмотрим коммерческую и промышленную систему BIPV на крыше мощностью 1 МВт, предполагая, что годовая выработка электроэнергии составляет 1200 МВтч, а цена на электроэнергию составляет 0,15 доллара США/кВтч.
- Годовой доход от электроэнергии: около 180 000 долларов США.
- Потеря дохода при ежегодных потерях от загрязнения в размере 10 %: примерно 18 000 долларов США.
- Годовая стоимость уборки из расчета 0,01 доллара США за Вт: примерно 10 000 долларов США.
В засушливых регионах окупаемость затрат на уборку обычно колеблется от 1:1,5 до 1:2. В дождливых регионах соотношение может упасть ниже 1:1, что делает уборку неэкономичной.
Как часто следует чистить крышу BIPV?
Установите частоту уборки в соответствии с окружающей средой
| Условия окружающей среды | Рекомендуемая частота чистки | Ключевые соображения |
| Умеренный, дождливый климат с годовым количеством осадков более 800 мм. | 1–2 раза в год | В основном удаляют птичий помет, древесный сок и другие стойкие загрязнения. |
| Общепромышленные зоны | 2–4 раза в год | Учитывайте скорость осаждения промышленной пыли |
| Городские районы и территории вблизи основных дорог | 3–4 раза в год | Частицы, связанные с дорожным движением, могут сильно прилипать к поверхностям. |
| Засушливые и пыльные регионы | Один раз в месяц в сухой сезон | Рассмотрите возможность дополнительной уборки в течение 48 часов после пыльной бури, если это безопасно и практично. |
| Чрезвычайно засушливые регионы на Ближнем Востоке и в Северной Африке. | Каждые 1–2 недели в засушливый сезон. | Частые явления, связанные с пылью, могут потребовать более интенсивного мониторинга. |
Один часто упускаемый из виду момент: Уборка после пыльной бури должна иметь приоритет над обычным графиком уборки.. Одно сильное пылевое событие может привести к образованию такого количества пыли, которое обычно накапливается за целый месяц.
Используйте коэффициент производительности (PR) в качестве триггера очистки
Если фотоэлектрическая система имеет платформу мониторинга, запуск очистки на основе коэффициента производительности (PR) может быть более экономичным, чем следование фиксированному графику.
Практический подход состоит в том, чтобы установить базовую кривую PR и рассмотреть возможность очистки, когда измеренное PR упадет на 2% относительно базового уровня. Этот порог может помочь выявить потенциальные потери от загрязнения, избегая при этом ненужной очистки.
Однако PR также может снизиться из-за изменений эффективности инвертора, температуры модуля, неисправностей оборудования, деградации или других условий эксплуатации. Эти факторы следует изучить, прежде чем объяснять снижение загрязнения загрязнением.
Методы очистки крыши BIPV: сравнение затрат
Распространенные методы очистки
| Метод очистки | Потребление воды | Относительная стоимость | Типичные применения | Эффективность очистки |
| Ручная очистка щеткой с мягкой щетиной и водой. | 1–2 л на модуль | Высокий; трудоемкий | Маленькие крыши и крыши сложной геометрии | Отлично |
| Роботы для химчистки | Нет | Средний; относительно высокие первоначальные вложения | Большие плоские крыши и наземные фотоэлектрические установки | Хорошо |
| Водораспылительные роботы | 0,5–1 л на модуль | Средний | Большие коммерческие и промышленные крыши | Очень хорошо |
| Уборка с помощью дрона | Низкий | Высокий | Высокие или труднодоступные крыши. | Умеренный |
| Удаление пыли сухой щеткой или вибрацией. | Нет | Низкий | Регионы с дефицитом воды | Умеренный |
Годовая стоимость уборки обычно колеблется от 0,005 до 0,02 доллара за ватт, в зависимости от доступности крыши, затрат на рабочую силу и используемого метода очистки.
TРоль противозагрязняющих покрытий
Противозагрязняющие покрытия, в том числе гидрофильные и гидрофобные нанопокрытия, не являются заменой чистки. Вместо этого они помогают уменьшить накопление грязи и увеличить интервалы чистки.
Полевые испытания показали, что фотоэлектрические модули с противогрязным покрытием накапливают на 30–40% меньше пыли между циклами очистки, чем модули без покрытия. Однако заявленные сроки службы покрытий значительно различаются: от 18–24 месяцев до 3–5 лет. Фактическую долговечность следует проверять по данным испытаний поставщика.
Хотя противозагрязняющие покрытия требуют относительно высоких первоначальных инвестиций, они могут сократить количество операций по очистке примерно на одну треть в долгосрочной перспективе. В засушливых и пыльных регионах инвестиции часто могут быть экономически оправданы.
Четыре распространенные ошибки при чистке крыши BIPV
Использование жесткой воды
Это может быть одной из самых дорогостоящих ошибок при уборке.
Когда концентрация общего растворенного вещества (TDS) в грунтовых водах превышает 500 частей на миллион, вода, распыляемая на горячее стекло, может быстро испаряться, оставляя отложения кальция и магния. После 3–4 циклов очистки эти отложения могут привести к необратимому снижению светопропускания стекла на 2–4 %, и их будет трудно или невозможно удалить.
Рекомендуемая практика: используйте воду обратного осмоса (RO) или деионизированную воду с TDS, контролируемым ниже 50 частей на миллион.
Уборка во время пиковой полуденной жары
Распыление холодной воды на фотоэлектрические модули при температуре выше 60°C может создать термическое напряжение в стекле, что может привести к образованию микротрещин или, в тяжелых случаях, к поломке стекла.
Рекомендуемая практика: Очищайте рано утром или ближе к вечеру, когда температура модуля приближается к температуре окружающей среды.
Уборка слишком частая
В районах с низким уровнем загрязнения ежемесячная уборка может стоить дороже, чем стоит дополнительная выработка электроэнергии. Еще одной проблемой является износ поверхности. Сухая чистка и соскабливание могут оставить на стекле микроскопические царапины. Со временем эти царапины могут снизить пропускание света, что потенциально сводит на нет пользу от чистки.
Использование чистящих средств
Некоторые чистящие средства могут повредить антибликовое (AR) покрытие стекла. AR-покрытия могут улучшить светопропускание примерно на 2–3 %, в зависимости от продукта. Если покрытие повреждено, часть этого преимущества в производительности может быть безвозвратно потеряна.
Рекомендуемая практика: используйте чистую воду и щетку с мягкой щетиной. В случае стойких загрязнений, таких как птичий помет или древесный сок, протрите пораженный участок мягкой тканью, смоченной водой.
Три дизайнерских решения, которые могут снизить затраты на уборку
Наклон крыши и дренажные пути
Поверхности крыш с углом наклона 15° и более могут извлечь выгоду из гравитационного стока, помогая удалить часть скопившейся пыли и улучшая естественную очистку при подходящих условиях дождя.
Дренажные пути должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить застой воды. Когда застоявшаяся вода испаряется, на ней могут оставаться пятна от воды и минеральные отложения, которые труднее удалить, чем рыхлую пыль.
Очистка путей доступа
Для больших крыш маршруты очистки и безопасные пути доступа должны быть включены в проект с самого начала. Без выделенных маршрутов доступа затраты на уборку потенциально могут удвоиться, поскольку оборудование не может эффективно добраться до крыши, а шланги не могут охватить все зоны.
Необходимо также учитывать безопасность, включая ограждения, точки крепления страховочных тросов и соответствующие системы защиты от падения.
Соединения для технического обслуживания
Зарезервируйте место для подключения к водопроводу, дренажных отверстий и мест хранения оборудования. Эти положения, как правило, не требуют больших затрат на внедрение во время строительства. Их модернизация после ввода в эксплуатацию может потребовать внесения изменений в готовую крышу, что увеличит как стоимость, так и сбои в работе.
Часто задаваемые вопросы
В1: Нужна ли очистка крыш BIPV? Чем они отличаются от обычных фотоэлектрических систем?
Да. Поскольку модули BIPV являются частью самой крыши, при очистке необходимо учитывать не только выработку электроэнергии, но и внешний вид крыши и ее гидроизоляцию. Одним из ключевых отличий является то, что модули BIPV часто не предназначены для поддержки пешеходного движения, а некоторые продукты имеют определенные ограничения по несущей способности. Поэтому маршруты и процедуры доступа к очистке должны быть разработаны специально для данной системы.
Вопрос 2. Могут ли дожди заменить ручную уборку?
Частично. Дождь может смыть рыхлую пыль, но он, как правило, неэффективен против стойких загрязнений, таких как птичий помет, древесный сок и остатки промышленных масел. Даже в дождливых регионах ручная очистка может потребоваться 1–2 раза в год.
Вопрос 3. Может ли чистка повредить фотоэлектрические модули?
Правильная очистка должна свести к минимуму риск повреждения. К основным рискам относятся минеральные отложения, вызванные жесткой водой, термические нагрузки при очистке горячих модулей холодной водой, а также царапины, вызванные абразивными материалами или щетками с жесткой щетиной. Соблюдение инструкций производителя по очистке и отказ от подобных действий помогут защитить модули.
Используйте эту простую формулу: Коэффициент затрат на уборку = Годовые затраты на уборку ÷ (Годовые потери от загрязнения × Годовой доход от электроэнергии).
Коэффициент ниже 1 указывает на то, что предполагаемая возмещаемая потеря дохода превышает затраты на уборку, что позволяет предположить, что уборка может быть экономически выгодной. В засушливых регионах это соотношение может составлять около 0,5, а в дождливых регионах оно может приближаться к 1 или превышать его.
Вопрос 5: Стоит ли вкладывать средства в противозагрязняющие покрытия?
Они могут оказаться целесообразными в регионах, где ежегодные потери от загрязнения превышают 8%. Некоторые полевые испытания показали, что противогрязные покрытия могут снизить накопление пыли на 30–40 %, что потенциально снижает частоту очистки. Однако в районах с низким уровнем загрязнения окупаемость инвестиций может быть ограничена.
Нужна стратегия очистки, адаптированная к месту вашего проекта BIPV?
Электронная почта: info@xzbesta.com
