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光伏基地很多建在沙漠里,太阳能板上落的沙尘咋处理

返回列表 来源: 发布日期: 2022.05.15 浏览次数:

   随着全球人口的增长、经济社会的飞速发展,对能源的需求也与日俱增。虽然传统的化石能源仍然占据着全球能源结构的主导地位,但是这些能源在消耗的过程中,不可避免地会释放出多种污染物质和二氧化碳温室气体,从而对全球的生态环境保护和应对气候变化产生严重影响,因此,目前世界各国都在极力发展新能源技术,比如风电、太阳能、核能、地热能、生物质能等等。


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    我国地大物博,拥有丰富的土地资源和光热资源,近年来新能源的发电量在国家能源结构中所占的比例也逐年提高。拿太阳能来说,无论是规模宏大的光伏发电基地,还是新农村建设中在农村房屋顶部、院子里安置的小型光伏,在我国各地出现的情景越来越普遍,在满足国家一定量的能源需求的同时,也推动了广大地区环境面貌的改善。


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    不过,光伏发电受能量转化物理原理的影响,必须要以大面积接收太阳辐射为基础,因此在现有太阳能电池板光能转换效率,短期内很难实现大幅度突破的情况下,一方面需要平坦的地形条件;另一方面就需要尽可能扩大太阳能板的覆盖面积。在这样的背景下,我们自然而然地会将目光瞄向沙漠地区,因为那里人类活动和耕地几乎没有,而且面积广阔,地形起伏较小,而且光热资源较为丰富,具备太阳能开发非常优异的条件。


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    近年来,我国在新疆、青海、内蒙古等省(区)开发建设了一大批巨大规模的光伏发电基地,另外在吉林西部、青藏高原、四川盆地等区域,也在积极谋划建设相应的光伏基地,这些基地很多是位于沙漠、戈壁或者比较干旱的地区。有人不禁要问了,在干旱的沙漠及周边地区建光伏发电基地,那里的风沙一般都比较大,太阳能板上很容易落上灰尘,如果这些灰尘没有得到及时清理,势必会严重降低太阳能板的发电效率,我们是如何做的呢?


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    目前,全球光伏发电基地或者家庭型的小规模太阳能电池板,都会受到灰尘的影响,不论是在沙漠还是平原,如果太阳能板上的灰尘不进行清洁,平均下来一个月时间,其发电效率就会减少30%左右。按2020年全球太阳能装机容量500GW来计算,每年因灰尘降低发电效率而造成的经济损失,就高达50亿美元之多。到2030年,全球太阳能发电装机容量将增长到1400GW,这个损失值就将高达130亿美元。


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    较长时间以来,为了解决这一问题,常用的方法基本上就是利用水洗,高级点的是利用加压水射流和喷雾,低级的做法就是用人工去擦洗。不论是低级方法还是高级方法,都需要应用大量的水。按现有全球太阳能发电的规模来换算,每年仅仅用于清洁太阳能电池板的纯净水量,就高达370多亿升,相当于200万人每年的用水量。当然,上面的传统方式,难度与成本也相当的大,人工洗的人力成本、用机械洗用的电量和设备维护费用都需要计算到发电厂的综合成本里面。


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    而且无论是哪种水洗方法,都不可能使太阳能电池板的清洁效果都保持一样,肯定会有一些盲区和死角,有些电池板上面还洗得不够干净,这样的话,就不可避免地产生“热斑效应”,也就是未被清洗的部位,电池板会极有可能由发电单元变为耗电单元,一方面降低总的发电效率,另一方面也会造成发热,引发电池板加速老化,甚至产生火灾。


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    与此同时,很多光伏发电基地都建在干旱地区甚至沙漠地区,那里的水资源本来就非常少,应用水洗方法本身就是一种资源的浪费。因此,研究清洁太阳能电池板的新型清洁方法,成为目前很多国家竞相研究的重要领域。


    其中有一种解决方案的效果已经得到很好的验证,那就是通过在太阳能板上增加一层特殊的、非常薄的涂层,在不影响太阳光线照射的情况下,起到很好地保护与隔绝灰尘的目的。


    具体原理是利用静电排斥。通过电极(例如金属棒)施加电流或适当的电压范围,使电极正好穿过太阳能电池板表面上方,使附着在电池板上的灰尘颗粒带上电荷(灰尘中的二氧化硅颗粒会吸引空气中微量的水分,从而使灰尘颗粒能够带上电荷)。然后,再将相反的电荷施加到这层薄的涂层膜上,这样就能使电池板的玻璃表面对灰尘颗粒产生强烈的排斥作用。


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    通过这种方式实施的灰尘“排斥”,其电极能量来源,主要依靠微量的太阳能板所发的电,其耗电量要远远小于因灰尘覆盖所损失的电量。


    当使用这种方式的涂层之后,能够有效地将尘埃、黄沙、煤烟甚至鸟粪等很难再牢固地吸附在太阳能电池板上,这样当下雨时就会高效地将这些覆盖物清除,相当于一种自洁型的功能。如果光伏发电基地所在地区降雨量稀少,那么定期进行一下人工或者机械式的辅助清洗就可以了,要比之前的用水量、冲洗频次降低很多,无疑大大减少了运营成本。

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