Ilmuwan yang mempelajari tenaga surya mencoba memecahkan masalah berdebu
Engineering

Ilmuwan yang mempelajari tenaga surya mencoba memecahkan masalah berdebu


Di Fasilitas Pengujian Luar Ruang, peneliti NREL, Matthew Muller, mengamati detektor kotoran multi-unit DUSST. Teknologi yang dipatenkan memiliki sembilan pengukuran kekotoran individual yang memungkinkan perbandingan kotoran tidak seragam dan pengujian kinerja anti-pengotoran dari berbagai lapisan kaca. Kredit: Dennis Schroeder, NREL

Lapisan debu dan serbuk sari yang mengendap di kaca depan mobil Anda mudah dihilangkan dengan memutar tuas yang mengaktifkan wiper dan air. Menghapus lapisan itu dari panel surya — terutama yang lokasinya tidak nyaman dari sumber kelembaban mana pun — membutuhkan pekerjaan yang jauh lebih banyak.

Akumulasi debu, jelaga, atau partikulat lainnya menyebabkan penurunan efisiensi panel fotovoltaik (PV), yang berarti penurunan jumlah daya yang dihasilkan dan hilangnya pendapatan bagi operatornya. Tapi membersihkan panel surya ini juga membutuhkan biaya.

Penelitian yang sedang berlangsung di National Renewable Energy Laboratory (NREL) tentang masalah “pengotoran” PV terus berupaya menuju solusi yang mungkin, termasuk teknologi yang dipatenkan untuk mengatasi masalah dan menyediakan peta di mana pengotoran menjadi masalah terbesar.

Mengotori Masalah dari Awal

Sejak tenaga surya pertama kali diterima secara luas beberapa dekade yang lalu, para ilmuwan telah bekerja keras untuk meningkatkan efisiensi panel PV dan menurunkan biaya produksi listrik dari matahari. Itu adalah tugas besar. Sekarang, dengan tenaga surya yang meningkatkan persentase kebutuhan listrik negara dengan biaya rendah, para peneliti beralih ke masalah sekunder dengan teknologi.

“Kami berhasil,” kata Matthew Muller, seorang insinyur di NREL yang berspesialisasi dalam keandalan dan kinerja PV. “Tenaga surya akan dikerahkan, tetapi kami kehilangan energi karena tenaga surya ditempatkan di lokasi yang berdebu.”

Energi yang hilang setiap tahun dari pengotoran berjumlah sebanyak 7% di beberapa bagian Amerika Serikat hingga setinggi 50% di Timur Tengah.

Hujan dan angin bisa cukup untuk membersihkan debu dari panel PV, kata Lin Simpson, yang bekerja bersama Muller sebagai peneliti utama di NREL untuk upaya penelitian yang didanai Departemen Energi sebesar $ 6 juta tentang pengotoran dari 2016 hingga 2019. Namun, Karena panel PV mendingin pada malam hari dan menarik embun pagi, debu tersebut dapat melalui proses yang disebut sementasi. Kotoran secara harfiah disemen ke panel.

“Bergantung pada area mana Anda berada, Anda dapat memiliki berbagai mineral yang disimpan sebagai debu di permukaan,” kata Simpson, ilmuwan senior. “Setelah melalui proses sementasi, akan menjadi jauh lebih sulit untuk dipindahkan ke tempat yang bahkan hujan deras tidak akan menghilangkannya.”

Pembersihan satu kali untuk pembangkit listrik tenaga surya 10 megawatt — yang menyediakan cukup listrik untuk memberi daya pada 2.000 rumah sehari — bisa menghabiskan biaya sekitar $ 5.000. Simpson mengatakan di beberapa daerah, seperti California Central Valley di mana “tingkat kekotoran menjadi cukup tinggi dan curah hujan cukup rendah,” masuk akal secara ekonomi untuk membersihkan panel lebih dari sekali setahun.

Ilmuwan yang mempelajari tenaga surya mencoba memecahkan masalah berdebu

Dua sensor di lapangan menunjukkan perbedaan antara yang dibersihkan secara teratur dan yang tidak pernah dibersihkan. Kredit: Matthew Muller, NREL

Jawaban yang Diperlukan Untuk Menghapus Ketidakpastian

Panel surya awalnya dirancang untuk bertahan dari 25 hingga 30 tahun. Perbaikan teknologi dapat memperpanjang umur mereka hingga 50 tahun. Berinvestasi dalam tenaga surya — terutama di fasilitas besar berskala utilitas — memerlukan mempelajari faktor-faktor seperti berapa banyak energi yang akan diproduksi dan berapa banyak energi itu dapat dijual. Informasi tersebut memungkinkan perusahaan untuk menentukan laba atas investasi mereka.

Salah satu faktor yang perlu dipertimbangkan adalah jumlah pengotoran yang diharapkan terjadi pada situs, tetapi tidak ada yang dapat memprediksi secara akurat. “Kami belum sampai di sana,” kata Michael Deceglie, staf ilmuwan di NREL yang bekerja pada pengotoran PV. “Panel surya menjadi kotor, dan itu adalah ketidakpastian substansial untuk energinya dari waktu ke waktu. Dan dengan ketidakpastian muncul risiko bagi orang-orang yang memiliki aset karena mereka bergantung padanya untuk menghasilkan energi dan melindungi investasi mereka. Industri akan melakukannya. mendapatkan keuntungan dari memiliki penghitungan yang lebih baik atas risiko tersebut di berbagai lokasi dan dengan berbagai faktor. “

Untuk saat ini, operator pembangkit listrik tenaga surya skala utilitas belajar dari pengalaman seberapa sering panel perlu dibersihkan dan dapat mengukur berapa banyak energi yang akan hilang terhadap berapa biaya untuk membersihkannya, katanya. “Orang-orang lebih suka tahu apa yang akan hilang dari mereka selama bertahun-tahun daripada membuatnya tidak diketahui sama sekali, karena yang tidak diketahui sama sekali adalah risiko.”

Paten yang dikeluarkan musim panas lalu untuk Muller dan para peneliti di Spanyol mencakup solusi yang mungkin. Sebuah sensor dapat ditempelkan ke kaca di depan sel surya dan, dengan menyinari LED, mengukur jumlah kotoran. Pengukuran berasal dari membandingkan kehilangan transmisi melalui kaca dengan panel kaca referensi bening. Teknologi tersebut dinamakan “DUSST”, yang merupakan singkatan dari Detector Unit for Soiling Spectral Transmittance.

Simpson mengatakan para ilmuwan NREL juga sedang mengembangkan cara untuk menarik informasi dari modul PV untuk membantu mengatasi masalah pengotoran. Dengan memeriksa jumlah listrik yang diproduksi setiap hari, mereka akan mencari “tanda tangan tertentu bahwa sejumlah besar kotoran telah terjadi. Ini akan berguna untuk memberi tahu operator bahwa Anda kehilangan daya sebanyak X dan Anda mungkin harus melihat akan segera dibersihkan. “

Alternatifnya adalah menyiapkan stasiun pengotoran. Sebuah sensor yang dipasang pada panel PV dibersihkan secara teratur sementara yang lain dibiarkan menjadi kotor. Perbandingan antara keduanya memberikan perkiraan tentang kekotoran. Deceglie menunjukkan kerugian menggunakan sensor: “Jika Anda memiliki array besar, bagian yang berbeda dari array mungkin menjadi kotor secara berbeda. Sensor tidak akan pernah menangkap apa yang terjadi dengan keseluruhan array besar.”

Deceglie dan Muller telah membantu mengembangkan algoritme yang memungkinkan perkiraan pengotoran yang lebih akurat. Mereka pertama kali mengembangkan algoritma Stochastic Rate and Recovery (SRR), dan baru-baru ini Deceglie bekerja dengan peneliti tamu Åsmund Skomedal untuk mengembangkan metode Degradasi Gabungan dan Pengotoran (atau CODS), yang memungkinkan pengguna untuk secara bersamaan memperkirakan pengotoran dan degradasi alami panel PV . Kedua algoritma tersebut menggunakan data produksi energi dari sistem PV. NREL membuat SRR dan CODS tersedia secara gratis sebagai bagian dari RdTools (dengan penyatuan CODS masih dalam pengembangan).

Menggabungkan SRR atau CODS dengan informasi dari stasiun pengotor harus memberikan gambaran yang paling lengkap, kata Deceglie. “Saya pribadi sangat senang dengan kedua sumber data tersebut bersama-sama sehingga kami dapat memanfaatkan kekuatan masing-masing sehingga kami dapat memperoleh gambaran yang sangat bagus tentang apa yang terjadi di sebuah situs.”

Ilmuwan yang mempelajari tenaga surya mencoba memecahkan masalah berdebu

Peneliti NREL Sarah Toth berdiri di samping sistem pelacakan PV di NREL. Seperti sistem PV lainnya, ini menarik debu. Toth telah mengembangkan sensor untuk mengukur rasio kotoran secara real-time dan memasang beberapa di Los Angeles. Kredit: Dennis Schroeder, NREL

Lingkungan Perkotaan Mendapat Pandangan Dari Dekat

Penelitian Sarah Toth tentang kotoran mendekati rumah saat dia mengeksplorasi korelasi antara polusi udara dan kotoran, khususnya di daerah perkotaan. Mereka memasang dua sensor silikon murah di kawasan industri tiga mil dari pusat kota Denver. Satu sensor secara otomatis dibersihkan setiap hari; yang lainnya, tidak pernah dibersihkan. Pada akhir eksperimen selama setahun, Toth menemukan bahwa dia dapat secara akurat memodelkan rasio kekotoran hanya berdasarkan akumulasi partikulat dan curah hujan. Dia juga menemukan bahwa hujan secara alami dapat menyapu sebagian besar partikel kursus tetapi tidak halus, yang cenderung menempel di permukaan.

“Alasan saya memusatkan penelitian saya pada lingkungan perkotaan ini adalah karena komposisi kotoran sangat berbeda,” kata Toth, seorang Ph.D. kandidat di bidang teknik lingkungan di University of Colorado yang telah bekerja di NREL sejak 2017. “Kami memiliki lebih banyak partikel halus yang merupakan partikel lengket ini yang dapat berkontribusi pada kimia permukaan yang jauh berbeda pada modul dan kotoran yang berbeda. Di gurun, Anda tidak ‘ t memiliki banyak kimia permukaan yang berperan. “

Toth, yang telah menggunakan sensor kotoran di Los Angeles, mengatakan penelitiannya menunjukkan perawatan pembersihan yang berbeda diperlukan untuk secara efektif menghilangkan materi partikel dan partikel halus.

“Apa yang kami lihat secara anekdot dengan melihat molekul tua di bawah mikroskop,” katanya, “adalah setelah beberapa tahun mereka hanya memiliki semacam kontaminasi permukaan yang tidak bisa kita hilangkan, tidak peduli berapa banyak kita menggosoknya. untuk melepasnya, Anda benar-benar harus menggaruk kacanya. “

Banyak Cara Dianggap Untuk Meringankan Pengotoran

Informasi terbatas tersedia tentang pengotoran menurut lokasi, termasuk pada peta yang dibuat oleh NREL. “Salah satu hal terbesar yang kami coba lakukan untuk membantu sekarang adalah kami mencoba mengumpulkan data dan meletakkannya di peta,” kata Muller. “Jalan kita masih panjang.”

Bahkan tanpa informasi lebih lanjut, produsen mencoba untuk mengurangi masalah kotoran — atau setidaknya lebih mudah untuk diatasi. Salah satu solusi yang mungkin dilakukan adalah melapisi permukaan panel surya. Contoh dari strategi ini adalah pelapisan hidrofobik, yang berarti ia menolak air. Jika panel berada pada sudut yang cukup curam, embun atau hujan akan mengalir di permukaannya dan membersihkan debu. Tetapi dalam instalasi di mana sudut panel hampir horizontal itu tidak akan berfungsi.

Robot mungkin berfungsi di beberapa area. Robot otonom yang dilengkapi dengan sikat berputar telah digunakan di Timur Tengah untuk membersihkan debu dari panel surya.

“Jika Anda membersihkan debu dari panel-panel ini pada tingkat yang cukup, itu akan membuatnya cukup bersih dan Anda tidak akan mendapatkan sementasi yang terbentuk,” kata Simpson. “Itu mengharuskan Anda untuk membersihkannya setiap hari atau dua hari sekali.”

Tidak ada solusi tunggal untuk membersihkan panel surya. Di daerah dengan kelembaban tinggi, kata Simpson, jamur diketahui tumbuh subur. “Jamur ini adalah organisme hidup yang menambatkan debu ke panel, dan jamur itu sendiri menghalangi cahaya yang masuk ke panel. Jamur ini sangat sulit dihilangkan. Jamur ini membutuhkan bahan kimia dan sedikit pembersihan.”

Solusi untuk mengotori panel surya mungkin memerlukan beberapa pendekatan berbeda, tetapi ini adalah masalah yang ingin dipecahkan oleh para peneliti.


Potret materi partikulat


Disediakan oleh Laboratorium Energi Terbarukan Nasional

Kutipan: Ilmuwan yang mempelajari tenaga surya mencoba memecahkan masalah berdebu (2021, 2 April) diambil pada 2 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-scientists-solar-dusty-problem.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG