Sau một mái quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV) được cài đặt, một trong những nhiệm vụ O&M dễ bị bỏ qua nhất là vệ sinh.
Các thiết kế được xem xét, việc xây dựng được kiểm tra và kết nối lưới điện được thử nghiệm. Nhưng việc dọn dẹp thường ít được quan tâm hơn. Vào thời điểm chủ sở hữu nhận thấy sản lượng điện giảm, tổn thất do bẩn có thể đã tích lũy trong cả năm.
Hướng dẫn này trả lời ba câu hỏi chính: Sản lượng điện bị mất bao nhiêu nếu không vệ sinh? Bao lâu nên làm sạch mái nhà BIPV? Và làm thế nào để có thể làm sạch nó mà không làm hỏng hệ thống?
Cái giá của việc bỏ qua việc dọn dẹp: Mất bao nhiêu năng lượng do làm bẩn?
Khí hậu quyết định quy mô tổn thất do làm bẩn
Tổn thất do đất gây ra không cố định. Chúng phụ thuộc vào lượng mưa cục bộ, nồng độ bụi trong không khí, góc nghiêng của mô-đun, tốc độ gió và các điều kiện môi trường khác.
| Vùng khí hậu | Mất đất hàng năm | Đặc điểm chính |
| Khí hậu trong lành với lượng mưa thường xuyên | 1%–2% | Lượng mưa cung cấp khả năng làm sạch tự nhiên đáng kể |
| Đông Bắc và Trung Tây Hoa Kỳ | 2%–4% | Đất bẩn theo mùa, có tuyết vào mùa đông |
| Tây Nam Hoa Kỳ | 4%–10% | Điều kiện khô cằn và lượng mưa hạn chế |
| Vùng nông nghiệp miền Trung California | 6%–12% | Bụi nông nghiệp kết hợp với điều kiện khô hạn |
| Các vùng khô cằn của Ấn Độ, bao gồm Rajasthan | 8%–15% | Mùa khô có thể kéo dài đến chín tháng |
| Trung Đông | 12%–25% | Bão bụi thường xuyên và lượng mưa rất ít |
| Các khu vực bán khô hạn giáp sa mạc Sahara | 15%–30% | Điều kiện bẩn khắc nghiệt |
Cùng một mô-đun quang điện có thể chịu tổn thất do bụi bẩn hàng năm khác nhau đáng kể ở Đức và Ả Rập Saudi. Sự khác biệt có thể nhiều hơn gấp mười lần. Chiến lược làm sạch không nên được áp dụng thống nhất trên khắp các thị trường. Chúng cần được điều chỉnh phù hợp với khí hậu địa phương và điều kiện địa điểm.
Làm bẩn ảnh hưởng đến hiệu suất PV như thế nào
Chất bẩn ảnh hưởng đến việc phát điện thông qua ba cơ chế chính.
Thứ nhất: Giảm khả năng truyền ánh sáng. Các hạt bụi hấp thụ và phản xạ ánh sáng mặt trời tới, làm giảm lượng ánh sáng tới pin mặt trời và giảm sản lượng điện.
Thứ hai: Suy giảm hiệu suất phi tuyến tính khi chất bẩn tích tụ. Khi mật độ chất bẩn đạt đến một mức nhất định, tác động đến hiệu suất có thể trở nên nghiêm trọng hơn. Ở mật độ bẩn được báo cáo là 20 g/m2, dòng điện ngắn mạch có thể giảm 15%–21%, trong khi hiệu suất có thể giảm 15%–35%, tùy thuộc vào điều kiện thử nghiệm và đặc tính của vật liệu lắng đọng.
Thứ ba: Điểm nóng cục bộ do vết bẩn không đều. Khi một số khu vực của mô-đun tích tụ nhiều bụi bẩn hơn những khu vực khác, có thể xảy ra hiện tượng bóng mờ một phần. Các tế bào bị che mờ có thể tiêu hao năng lượng thay vì tạo ra nó, tạo ra các điểm nóng cục bộ làm tăng tốc độ lão hóa vật liệu và có khả năng làm hỏng mô-đun.
Phân tích chi phí-lợi ích đơn giản
Hãy xem xét hệ thống mái nhà BIPV thương mại và công nghiệp 1 MW, giả sử sản lượng điện hàng năm là 1.200 MWh và giá điện là 0,15 USD/kWh.
- Doanh thu điện hàng năm: Khoảng 180.000 USD
- Tổn thất doanh thu với mức tổn thất do bẩn 10% hàng năm: Khoảng 18.000 USD
- Chi phí vệ sinh hàng năm ở mức 0,01 USD/W: Khoảng 10.000 USD
Ở những vùng khô cằn, tỷ lệ hoàn vốn từ chi phí làm sạch thường dao động từ 1:1,5 đến 1:2. Ở những vùng mưa, tỷ lệ này có thể giảm xuống dưới 1:1, khiến việc vệ sinh trở nên không kinh tế.
Bao lâu nên làm sạch mái nhà BIPV?
Đặt tần suất làm sạch theo môi trường
| Điều kiện môi trường | Tần suất làm sạch được đề xuất | Những cân nhắc chính |
| Khí hậu ôn đới, mưa nhiều với lượng mưa hàng năm trên 800 mm | 1–2 lần mỗi năm | Chủ yếu loại bỏ phân chim, nhựa cây và các chất gây ô nhiễm khó phân hủy khác |
| Các khu công nghiệp tổng hợp | 2–4 lần mỗi năm | Xem xét tốc độ lắng đọng bụi công nghiệp |
| Các khu đô thị và địa điểm gần các tuyến đường lớn | 3–4 lần mỗi năm | Các hạt liên quan đến giao thông có thể bám chặt vào bề mặt |
| Vùng khô cằn và bụi bặm | Mỗi tháng một lần vào mùa khô | Cân nhắc việc vệ sinh bổ sung trong vòng 48 giờ sau cơn bão bụi, khi an toàn và thiết thực |
| Các vùng cực kỳ khô cằn ở Trung Đông và Bắc Phi | Cứ 1-2 tuần một lần trong mùa khô | Sự kiện bụi thường xuyên có thể yêu cầu giám sát chuyên sâu hơn |
Một điểm thường bị bỏ qua: Việc dọn dẹp sau cơn bão bụi nên được ưu tiên hơn lịch dọn dẹp thường xuyên. Một đợt bụi nghiêm trọng có thể tích tụ lượng bụi nhiều như mức bình thường tích tụ trong cả tháng.
Sử dụng Tỷ lệ hiệu suất (PR) làm công cụ kích hoạt dọn dẹp
Nếu hệ thống PV có nền tảng giám sát, việc kích hoạt quá trình làm sạch dựa trên tỷ lệ hiệu suất (PR) có thể tiết kiệm hơn so với việc tuân theo một lịch trình cố định.
Một cách tiếp cận thực tế là thiết lập đường cong PR cơ sở và xem xét việc làm sạch khi PR đo được giảm 2% so với đường cơ sở. Ngưỡng này có thể giúp xác định khả năng tổn thất do bẩn đồng thời tránh làm sạch không cần thiết.
Tuy nhiên, PR cũng có thể giảm do thay đổi hiệu suất của biến tần, nhiệt độ mô-đun, lỗi thiết bị, xuống cấp hoặc các điều kiện vận hành khác. Những yếu tố này cần được điều tra trước khi quy kết sự suy giảm là do bị bẩn.
Phương pháp làm sạch mái nhà BIPV: So sánh chi phí
Phương pháp làm sạch thông thường
| Phương pháp làm sạch | Tiêu thụ nước | Chi phí tương đối | Ứng dụng điển hình | Hiệu suất làm sạch |
| Làm sạch thủ công bằng bàn chải lông mềm và nước | 1–2 L mỗi mô-đun | Cao; tốn nhiều công sức | Mái nhà nhỏ và hình dạng mái phức tạp | Tuyệt vời |
| Robot giặt khô | không có | Trung bình; đầu tư ban đầu tương đối cao | Mái nhà lớn, bằng phẳng và các nhà máy PV gắn trên mặt đất | Tốt |
| Robot phun nước | 0,5–1 L mỗi mô-đun | Trung bình | Mái nhà thương mại và công nghiệp lớn | Rất tốt |
| Làm sạch bằng máy bay không người lái | Thấp | Cao | Mái nhà cao hoặc khó tiếp cận | Trung bình |
| Chải khô hoặc loại bỏ bụi dựa trên rung | không có | Thấp | Vùng khan hiếm nước | Trung bình |
Chi phí vệ sinh hàng năm thường dao động từ 0,005 USD đến 0,02 USD mỗi watt, tùy thuộc vào khả năng tiếp cận mái nhà, chi phí nhân công và phương pháp làm sạch được sử dụng.
TVai trò của lớp phủ chống bẩn
Lớp phủ chống bám bẩn, bao gồm lớp phủ nano ưa nước và kỵ nước, không thể thay thế cho việc làm sạch. Thay vào đó, chúng giúp giảm sự tích tụ bụi bẩn và kéo dài thời gian vệ sinh.
Các thử nghiệm hiện trường đã báo cáo rằng các mô-đun quang điện có lớp phủ chống bẩn tích tụ bụi ít hơn 30%–40% giữa các chu kỳ làm sạch so với các mô-đun không được phủ. Tuy nhiên, tuổi thọ của lớp phủ được báo cáo thay đổi đáng kể, dao động từ 18–24 tháng đến 3–5 năm. Độ bền thực tế phải được xác minh dựa trên dữ liệu thử nghiệm của nhà cung cấp.
Mặc dù lớp phủ chống bẩn đòi hỏi đầu tư ban đầu tương đối cao nhưng về lâu dài chúng có thể giảm số lượng hoạt động làm sạch khoảng 1/3. Ở những vùng khô cằn, bụi bặm, việc đầu tư thường có thể hợp lý về mặt kinh tế.
Bốn sai lầm phổ biến khi làm sạch mái nhà BIPV
Sử dụng nước cứng
Đây có thể là một trong những sai lầm làm sạch tốn kém nhất.
Khi nước ngầm có tổng nồng độ chất rắn hòa tan (TDS) trên 500 ppm, nước phun lên kính nóng có thể bay hơi nhanh chóng, để lại cặn canxi và magie. Sau 3–4 chu kỳ làm sạch, những cặn bám này có thể làm giảm vĩnh viễn 2%–4% độ truyền ánh sáng của kính và có thể khó hoặc không thể loại bỏ được.
Khuyến nghị thực hành: Sử dụng nước thẩm thấu ngược (RO) hoặc nước khử ion, có TDS được kiểm soát dưới 50 ppm.
Dọn dẹp trong thời điểm nắng nóng giữa trưa cao điểm
Việc phun nước lạnh lên các mô-đun quang điện ở nhiệt độ trên 60°C có thể tạo ra ứng suất nhiệt trong kính, có khả năng gây ra các vết nứt nhỏ hoặc trong trường hợp nghiêm trọng là vỡ kính.
Cách thực hành khuyến nghị: Làm sạch vào sáng sớm hoặc chiều muộn, khi nhiệt độ mô-đun gần với nhiệt độ môi trường hơn.
Dọn dẹp quá thường xuyên
Trong môi trường ít bẩn, việc dọn dẹp hàng tháng có thể tốn nhiều chi phí hơn giá trị sản xuất điện bổ sung. Một mối quan tâm khác là mài mòn bề mặt. Chải khô và cạo có thể để lại những vết xước cực nhỏ trên kính. Theo thời gian, những vết xước này có thể làm giảm khả năng truyền ánh sáng, có khả năng làm mất đi lợi ích của việc làm sạch.
Sử dụng chất tẩy rửa
Một số chất tẩy rửa có thể làm hỏng lớp phủ chống phản chiếu (AR) trên kính. Lớp phủ AR có thể cải thiện khả năng truyền ánh sáng khoảng 2%–3%, tùy thuộc vào sản phẩm. Nếu lớp phủ bị hư hỏng, một số lợi ích về hiệu suất này có thể bị mất vĩnh viễn.
Cách thực hành khuyến nghị: Sử dụng nước sạch và bàn chải lông mềm. Đối với các chất gây ô nhiễm cứng đầu, chẳng hạn như phân chim hoặc nhựa cây, hãy sử dụng vải mềm thấm nước để lau sạch vùng bị ảnh hưởng.
Ba quyết định thiết kế có thể giảm chi phí vệ sinh
Mái nghiêng và đường thoát nước
Bề mặt mái có góc nghiêng từ 15° trở lên có thể được hưởng lợi từ dòng chảy được hỗ trợ bởi trọng lực, giúp loại bỏ một số bụi tích tụ và cải thiện khả năng làm sạch tự nhiên trong điều kiện mưa phù hợp.
Đường thoát nước phải được thiết kế để tránh tình trạng đọng nước. Một khi nước đọng bay hơi, nó có thể để lại vết nước và cặn khoáng khó loại bỏ hơn bụi bẩn.
Làm sạch các tuyến đường truy cập
Đối với những mái nhà lớn, các tuyến đường làm sạch và lối vào an toàn cần được đưa vào thiết kế ngay từ đầu. Nếu không có lối đi riêng, chi phí vệ sinh có thể tăng gấp đôi vì thiết bị không thể chạm tới mái nhà một cách hiệu quả và ống mềm có thể không bao phủ tất cả các khu vực.
Sự an toàn cũng phải được xem xét, bao gồm lan can, điểm neo dây cứu sinh và hệ thống chống rơi thích hợp.
Kết nối bảo trì
Dành không gian cho các kết nối cấp nước, cửa thoát nước và khu vực lưu trữ thiết bị. Những điều khoản này thường không tốn kém để đưa vào trong quá trình xây dựng. Việc trang bị thêm chúng sau khi vận hành có thể yêu cầu sửa đổi mái nhà đã hoàn thiện, làm tăng cả chi phí và gián đoạn hoạt động.
Câu hỏi thường gặp
Q1: Mái BIPV có cần vệ sinh không? Chúng khác với các hệ thống PV thông thường như thế nào?
Vâng. Vì các mô-đun BIPV là một phần của mái nhà nên việc vệ sinh không chỉ phải xem xét đến việc phát điện mà còn cả hình thức của mái nhà và khả năng chống thấm. Một điểm khác biệt chính là các mô-đun BIPV thường không được thiết kế để hỗ trợ việc đi lại bằng chân và một số sản phẩm có những hạn chế về khả năng chịu tải cụ thể. Do đó, các tuyến đường và quy trình làm sạch phải được thiết kế riêng cho hệ thống.
Câu hỏi 2: Lượng mưa có thể thay thế việc làm sạch thủ công không?
Một phần. Mưa có thể cuốn trôi bụi bẩn nhưng nhìn chung không có hiệu quả đối với các chất gây ô nhiễm cứng đầu như phân chim, nhựa cây và cặn dầu công nghiệp. Ngay cả ở những vùng mưa, việc vệ sinh thủ công vẫn có thể cần thiết 1–2 lần mỗi năm.
Câu 3: Việc vệ sinh mô-đun PV có thể làm hỏng không?
Việc vệ sinh đúng cách sẽ giảm thiểu nguy cơ hư hỏng. Những rủi ro chính bao gồm cặn khoáng do nước cứng gây ra, ứng suất nhiệt do làm sạch các mô-đun nóng bằng nước lạnh và các vết trầy xước do vật liệu mài mòn hoặc bàn chải lông cứng gây ra. Làm theo hướng dẫn vệ sinh của nhà sản xuất và tránh những thực hành này có thể giúp bảo vệ các mô-đun.
Hãy sử dụng công thức đơn giản này: Tỷ lệ chi phí vệ sinh = Chi phí vệ sinh hàng năm ÷ (Tổn thất do làm bẩn hàng năm × Doanh thu điện hàng năm)
Tỷ lệ dưới 1 cho thấy tổn thất doanh thu ước tính có thể phục hồi vượt quá chi phí dọn dẹp, cho thấy việc dọn dẹp có thể mang lại giá trị kinh tế. Ở những vùng khô cằn, tỷ lệ này có thể vào khoảng 0,5, trong khi ở những vùng có nhiều mưa tỷ lệ này có thể đạt tới hoặc vượt quá 1.
Câu 5: Lớp phủ chống bẩn có đáng đầu tư không?
Chúng có thể có giá trị ở những vùng có tỷ lệ thất thoát đất hàng năm vượt quá 8%. Một số thử nghiệm hiện trường đã báo cáo rằng lớp phủ chống bẩn có thể giảm sự tích tụ bụi từ 30%–40%, có khả năng làm giảm tần suất làm sạch. Tuy nhiên, ở những khu vực có mức độ bẩn thấp, lợi tức đầu tư có thể bị hạn chế.
Cần một chiến lược làm sạch phù hợp với vị trí dự án BIPV của bạn?
Email: info@xzbesta.com
