Novatoriškas fotovoltinių plokščių valymo mašinų pritaikymas ir praktika Saudo Arabijoje

Saudo Arabija, viena iš šalių, turinčių gausiausius saulės energijos išteklius pasaulyje, energingai plėtoja savo fotovoltinės energijos gamybos pramonę, siekdama paskatinti energijos struktūros transformaciją. Tačiau dažnos smėlio audros dykumų regionuose sukelia didelį dulkių kaupimąsi ant fotovoltinių plokščių paviršių, o tai žymiai sumažina energijos gamybos efektyvumą – tai pagrindinis veiksnys, ribojantis saulės elektrinių ekonominę naudą. Šiame straipsnyje sistemingai analizuojama dabartinė fotovoltinių plokščių valymo mašinų taikymo būklė Saudo Arabijoje, daugiausia dėmesio skiriant tam, kaip Kinijos technologijų įmonių sukurti išmanūs valymo sprendimai sprendžia ekstremalių dykumų aplinkos iššūkius. Pateikiant daugybę atvejų tyrimų, parodomi jų techniniai pranašumai ir ekonominė nauda. Nuo Raudonosios jūros pakrantės iki NEOM miesto, nuo tradicinių stacionarių fotovoltinių masyvų iki sekimo sistemų – šie išmanūs valymo įrenginiai keičia Saudo Arabijos fotovoltinių įrenginių priežiūros modelius, pasitelkdami didelį efektyvumą, vandens taupymo funkcijas ir automatizavimo galimybes, kartu užtikrindami atkartojamus technologinius pavyzdžius atsinaujinančios energijos plėtrai visame Artimuosiuose Rytuose.

Dulkių iššūkiai ir valymo poreikiai Saudo Arabijos fotovoltinių elementų pramonėje

Saudo Arabija pasižymi išskirtiniais saulės energijos ištekliais – per metus saulėtų valandų skaičius viršija 3000, o teorinis FV gamybos potencialas siekia 2200 TWh per metus, todėl tai yra vienas perspektyviausių regionų FV plėtrai pasaulyje. Vadovaudamasi nacionaline strategija „Vision 2030“, Saudo Arabija spartina atsinaujinančiosios energijos diegimą ir iki 2030 m. siekia pasiekti 58,7 GW atsinaujinančiosios energijos pajėgumų, o didžiąją dalį sudarys saulės FV. Tačiau, nors didžiulė Saudo Arabijos dykumų teritorija suteikia daug vietos saulės elektrinėms, ji taip pat kelia unikalių eksploatavimo iššūkių – dulkių kaupimasis lemia efektyvumo nuostolius.

Tyrimai rodo, kad kai kuriose Arabijos pusiasalio dalyse dėl dulkių taršos FV plokštės gali prarasti 0,4–0,8 % per dieną generuojamos energijos, o per stiprias smėlio audras nuostoliai gali siekti daugiau nei 60 %. Šis efektyvumo sumažėjimas tiesiogiai veikia FV elektrinių ekonominę grąžą, todėl modulių valymas yra pagrindinė dykumų FV priežiūros dalis. Dulkės veikia FV plokštes trimis pagrindiniais mechanizmais: pirma, dulkių dalelės blokuoja saulės šviesą, sumažindamos saulės elementų fotonų absorbciją; antra, dulkių sluoksniai sudaro terminius barjerus, kurie padidina modulių temperatūrą ir dar labiau sumažina konversijos efektyvumą; ir trečia, tam tikrose dulkėse esantys koroziniai komponentai gali ilgainiui pažeisti stiklo paviršius ir metalinius rėmus.

Unikalios Saudo Arabijos klimato sąlygos dar labiau padidina šią problemą. Raudonosios jūros pakrantės regione vakarų Saudo Arabijoje ne tik gausu dulkių, bet ir didelio druskingumo oro, dėl kurio ant modulių paviršių susidaro lipnūs druskos ir dulkių mišiniai. Rytiniame regione dažnai kyla smėlio audros, dėl kurių per trumpą laiką ant fotovoltinių plokščių gali nusėsti stori dulkių sluoksniai. Be to, Saudo Arabija kenčia nuo didelio vandens trūkumo – 70 % geriamojo vandens reikia gėlinti, todėl tradiciniai rankinio plovimo metodai yra brangūs ir netvarūs. Visi šie veiksniai sukuria skubų automatizuotų, vandenį taupančių fotovoltinių plokščių valymo sprendimų poreikį.

Lentelė: Fotovoltinių plokščių taršos charakteristikų palyginimas skirtinguose Saudo Arabijos regionuose

Spręsdama šią pramonės problemą, Saudo Arabijos fotovoltinių įrenginių rinka pereina nuo rankinio valymo prie išmanaus automatinio valymo. Tradiciniai rankiniai metodai Saudo Arabijoje turi aiškių apribojimų: viena vertus, atokiose dykumų vietovėse darbo sąnaudos yra pernelyg didelės; kita vertus, vandens trūkumas neleidžia plačiai naudoti aukšto slėgio plovimo. Apskaičiuota, kad atokiose jėgainėse rankinio valymo išlaidos gali siekti 12 000 USD už MW per metus, o didelis vandens suvartojimas prieštarauja Saudo Arabijos vandens taupymo strategijoms. Priešingai, automatiniai valymo robotai pasižymi dideliais pranašumais, sutaupydami daugiau nei 90 % darbo sąnaudų ir optimizuodami vandens naudojimą tiksliai kontroliuodami valymo dažnumą ir intensyvumą.

Saudo Arabijos vyriausybė ir privatus sektorius pripažįsta išmaniųjų valymo technologijų svarbą, aiškiai skatindami automatizuotus sprendimus Nacionalinėje atsinaujinančiosios energijos programoje (NREP). Ši politikos kryptis paspartino valymo robotų diegimą Saudo Arabijos fotovoltinių įrenginių rinkose. Kinijos technologijų įmonės, turėdamos brandžius produktus ir didelę patirtį taikant dykumų technologijas, tapo pirmaujančiomis tiekėjomis Saudo Arabijos fotovoltinių įrenginių valymo rinkoje. Pavyzdžiui, „Renoglean Technology“, „Sungrow“ ekosistemos partnerė, Artimuosiuose Rytuose užsitikrino daugiau nei 13 GW valymo robotų užsakymų ir tapo išmaniųjų valymo sprendimų rinkos lydere Saudo Arabijoje.

Technologinės plėtros požiūriu, Saudo Arabijos fotovoltinių įrenginių valymo rinkoje pastebimos trys aiškios tendencijos: pirma, evoliucija nuo vienos funkcijos valymo prie integruotų operacijų, kai robotai vis dažniau integruoja patikros ir karštųjų taškų aptikimo galimybes; antra, perėjimas nuo importuotų sprendimų prie lokalizuotų pritaikymų, kai produktai yra pritaikyti Saudo Arabijos klimatui; ir trečia, perėjimas nuo savarankiško veikimo prie sisteminio bendradarbiavimo, glaudžiai integruojant su sekimo sistemomis ir išmaniosiomis eksploatavimo ir priežiūros platformomis. Šios tendencijos kartu skatina Saudo Arabijos fotovoltinių įrenginių priežiūrą link išmanios ir efektyvios plėtros, suteikiant techninę garantiją atsinaujinančios energijos tikslų pasiekimui pagal „Vision 2030“.

PV valymo robotų techninės savybės ir sistemos sudėtis

Fotovoltiniai išmanieji valymo robotai, kaip technologiniai sprendimai Saudo Arabijos dykumų aplinkai, integruoja mechanikos inžinerijos, medžiagų mokslo ir daiktų interneto technologijų inovacijas. Palyginti su tradiciniais valymo metodais, šiuolaikinės robotų sistemos pasižymi dideliais techniniais pranašumais, o pagrindiniai jų projektai sutelkti ties keturiais tikslais: efektyviu dulkių šalinimu, vandens taupymu, išmaniuoju valdymu ir patikimumu. Esant ekstremaliam Saudo Arabijos dykumų klimatui, šios savybės yra ypač svarbios ir tiesiogiai veikia ilgalaikes priežiūros išlaidas bei elektros energijos gamybos pajamas.

Mechaniniu požiūriu, Saudo Arabijos rinkai skirti valymo robotai daugiausia skirstomi į dvi kategorijas: bėgiais montuojamus ir savaeigius. Bėgiais montuojami robotai paprastai tvirtinami prie FV masyvų atramų, todėl visą paviršių padengia bėgiais arba kabelių sistemomis – idealiai tinka didelėms ant žemės montuojamoms jėgainėms. Savaeigiai robotai pasižymi didesniu mobilumu, tinka paskirstytoms FV sistemoms ant stogų arba sudėtingam reljefui. Dvipusiams moduliams ir sekimo sistemoms, plačiai naudojamoms Saudo Arabijoje, pirmaujantys gamintojai, tokie kaip „Renoglean“, sukūrė specializuotus robotus su unikalia „tiltų technologija“, kuri leidžia dinamiškai koordinuoti valymo sistemas ir sekimo mechanizmus, užtikrinant efektyvų valymą net ir tada, kai masyvų kampai keičiasi.

Pagrindiniai valymo mechanizmų komponentai yra besisukantys šepečiai, dulkių šalinimo įtaisai, pavaros sistemos ir valdymo blokai. Saudo Arabijos rinkos poreikiai skatino nuolatines šių dalių inovacijas: itin smulkūs ir anglies pluošto kompozitiniai šepečių šeriai efektyviai pašalina lipnias druskos dulkes, nesubraižydami modulio paviršių; savaime sutepantys guoliai ir sandarūs varikliai užtikrina ilgalaikį patikimumą smėlingoje aplinkoje; integruoti aukšto slėgio oro pūstuvai susidoroja su sunkiai įveikiamais nešvarumais, sumažindami vandens sunaudojimą. „Renoglean“ PR200 modelis netgi turi „savaiminio valymo“ šepečių sistemą, kuri veikimo metu automatiškai pašalina susikaupusias dulkes, išlaikydama pastovų valymo našumą.

• Efektyvus dulkių šalinimas: valymo efektyvumas >99,5 %, veikimo greitis 15–20 metrų/minutę
• Pažangus valdymas: palaiko IoT nuotolinį stebėjimą, programuojamą valymo dažnumą ir kelius
• Aplinkos adaptacija: Darbinė temperatūra nuo -30 °C iki 70 °C, IP68 apsaugos klasė
• Vandenį taupantis dizainas: daugiausia sausas valymas, pasirinktinai minimalus vandens purškimas, naudojant <10 % rankinio valymo vandens.
• Didelis suderinamumas: Prisitaiko prie vienfazių / dvifazių modulių, vienos ašies sekimo įrenginių ir įvairių tvirtinimo sistemų

Pavaros ir maitinimo sistemos užtikrina patikimą veikimą. Saudo Arabijos saulėta vieta sukuria idealias sąlygas saulės energija varomiems valymo robotams. Daugumoje modelių naudojamos dvigubos maitinimo sistemos, kuriose derinamos didelio efektyvumo PV plokštės su ličio baterijomis, užtikrinant veikimą debesuotomis dienomis. Siekdami reaguoti į itin didelį vasaros karštį, pirmaujantys gamintojai sukūrė unikalias akumuliatorių šilumos valdymo sistemas, kuriose naudojamos fazę keičiančios medžiagos ir aktyvus aušinimas, siekiant palaikyti saugią darbinę temperatūrą ir žymiai pailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką. Pavaros varikliams dėl didelio efektyvumo ir mažos priežiūros poreikio pirmenybė teikiama bešepetėliniams nuolatinės srovės varikliams (BLDC), kurie veikia su tiksliais reduktoriais, kad užtikrintų pakankamą sukibimą smėlėtame reljefe.

Pažangios valdymo sistemos tarnauja kaip roboto „smegenys“ ir atspindi ryškiausią technologinį diferenciaciją. Šiuolaikiniai valymo robotai paprastai turi daug aplinkos jutiklių, kurie realiuoju laiku stebi dulkių kaupimąsi, oro sąlygas ir modulio temperatūrą. Dirbtinio intelekto algoritmai dinamiškai koreguoja valymo strategijas, remdamiesi šiais duomenimis, pereidami nuo suplanuoto prie valymo pagal poreikį. Pavyzdžiui, valymas intensyvesnis prieš smėlio audras, o intervalai ilgesni po lietaus. „Renoglean“ „Debesų ryšio valdymo sistema“ taip pat palaiko kelių robotų koordinavimą gamyklos lygmeniu, išvengiant nereikalingų energijos gamybos sutrikimų dėl valymo veiklos. Šios išmaniosios funkcijos leidžia valymo robotams išlaikyti optimalų našumą, nepaisant permainingo Saudo Arabijos klimato.

Tinklo architektūra, skirta ryšiui ir duomenų valdymui, taip pat buvo optimizuota Saudo Arabijos sąlygoms. Atsižvelgiant į daugelio didelių fotovoltinių elektrinių atokias dykumų vietoves su prasta infrastruktūra, valymo robotų sistemos naudoja hibridinius tinklus: trumpo nuotolio per „LoRa“ arba „Zigbee“ tinklą, didelio nuotolio per 4G / palydovą. Duomenų saugumui užtikrinti sistemos palaiko vietinį šifruotą saugojimą ir atsarginių kopijų kūrimą debesyje, laikydamosi vis griežtesnių Saudo Arabijos duomenų reglamentų. Operatoriai gali stebėti visus robotus realiuoju laiku per mobiliąsias programėles arba žiniatinklio platformas, gauti gedimų įspėjimus ir nuotoliniu būdu reguliuoti parametrus, o tai labai pagerina valdymo efektyvumą.

Siekiant užtikrinti patvarumą, valymo robotai buvo specialiai optimizuoti nuo medžiagų parinkimo iki paviršiaus apdorojimo Saudo Arabijos aukštos temperatūros, didelės drėgmės ir didelio druskingumo aplinkai. Aliuminio lydinio rėmai yra anoduojami, svarbiausios jungtys pagamintos iš nerūdijančio plieno, kad būtų atsparios Raudonosios jūros pakrantės druskos korozijai; visi elektroniniai komponentai atitinka pramonės apsaugos standartus ir puikiai sandarina nuo smėlio įsiskverbimo; specialiai sukurti guminiai vikšrai arba padangos išlaiko elastingumą esant dideliam karščiui, apsaugodamos medžiagą nuo senėjimo dėl dykumos temperatūros svyravimų. Dėl šių konstrukcijų valymo robotai atšiauriomis Saudo Arabijos sąlygomis pasiekia vidutinį gedimų laiką (MTBF), viršijantį 10 000 valandų, o tai žymiai sumažina gyvavimo ciklo priežiūros išlaidas.

Sėkmingas PV valymo robotų pritaikymas Saudo Arabijoje taip pat priklauso nuo lokalizuotų aptarnavimo sistemų. Pirmaujantys gamintojai, tokie kaip „Renoglean“, Saudo Arabijoje įkūrė atsarginių dalių sandėlius ir techninio mokymo centrus, kur ugdo vietines priežiūros komandas, kurios gali greitai reaguoti. Siekiant prisitaikyti prie Saudo Arabijos kultūros praktikos, sąsajos ir dokumentacija pateikiamos arabų kalba, o priežiūros grafikai yra optimizuoti islamo šventėms. Ši gili lokalizacijos strategija ne tik padidina klientų pasitenkinimą, bet ir sudaro tvirtą pagrindą tolesnei Kinijos išmaniųjų valymo technologijų plėtrai Artimųjų Rytų rinkose.

Tobulėjant dirbtiniam intelektui ir daiktų internetui, fotovoltinių įrenginių valymo robotai iš paprastų valymo įrankių virsta išmaniaisiais eksploatavimo ir priežiūros mazgais. Naujos kartos gaminiuose dabar integruota diagnostinė įranga, pvz., terminio vaizdo kameros ir IV kreivių skaitytuvai, kurie valymo metu atlieka komponentų būklės patikrinimus; mašininio mokymosi algoritmai analizuoja ilgalaikius valymo duomenis, kad numatytų dulkių kaupimosi modelius ir modulių našumo blogėjimą. Šios išplėstinės funkcijos padidina valymo robotų vaidmenį Saudo Arabijos fotovoltinėse elektrinėse, palaipsniui paversdamos juos iš sąnaudų centrų vertės kūrėjais, kurie užtikrina papildomą grąžą jėgainių investuotojams.

Pažangaus valymo taikymo atvejis Raudonosios jūros pakrantės fotovoltinėje elektrinėje

400 MW Raudonosios jūros fotovoltinių jėgainių projektas, kaip viena iš pirmųjų didelio masto saulės elektrinių Saudo Arabijoje, susidūrė su tipiškais regionui būdingais didelio druskingumo ir drėgmės iššūkiais, tapdamas svarbiu Kinijos išmaniųjų valymo technologijų taikymo Saudo Arabijoje pavyzdžiu. „ACWA Power“ sukurtas projektas yra pagrindinė Saudo Arabijos atsinaujinančiosios energijos planų „Vision 2030“ dalis. Jo vieta pasižymi itin unikaliomis klimato sąlygomis: vidutinė metinė temperatūra viršija 30 °C, santykinė oro drėgmė nuolat viršija 60 %, o druskingas oras lengvai suformuoja užsispyrusias druskos dulkių pluteles ant fotovoltinių plokščių – sąlygomis, kai tradiciniai valymo metodai yra neveiksmingi ir brangūs.

Spręsdamas šiuos iššūkius, projekte galiausiai buvo pritaikytas „Renoglean“ pritaikytas valymo sprendimas, pagrįstas PR serijos fotovoltinių įrenginių valymo robotais, apimantis daugybę technologinių naujovių, specialiai skirtų didelio druskingumo aplinkai: korozijai atsparūs titano lydinio rėmai ir sandarūs guoliai apsaugo nuo druskos pažeidimo svarbiausiems komponentams; specialiai apdoroti šepečių pluoštai apsaugo nuo druskos dalelių adsorbcijos ir antrinio užteršimo valymo metu; valdymo sistemose buvo pridėti drėgmės jutikliai, kurie automatiškai reguliuoja valymo intensyvumą esant didelei drėgmei, kad būtų pasiekti optimalūs rezultatai. Pažymėtina, kad projekto valymo robotai gavo aukščiausią pasaulinės fotovoltinių įrenginių pramonės antikorozinį sertifikatą, kuris tuo metu buvo techniškai pažangiausias valymo sprendimas Artimuosiuose Rytuose.

Raudonosios jūros projekto valymo sistemos diegimas parodė išskirtinį inžinerinį prisitaikymą. Minkšti pakrantės pamatai kai kuriuose masyvo tvirtinimo taškuose lėmė netolygų bėgių nusėdimą, dėl ko bėgių lygumo nuokrypiai siekė iki ±15 cm. „Renoglean“ techninė komanda sukūrė adaptyvias pakabos sistemas, leidžiančias valymo robotams sklandžiai veikti esant šiems aukščio skirtumams, užtikrinant, kad valymo padengimui įtakos neturėtų daryti reljefas. Sistemoje taip pat buvo pritaikytos modulinės konstrukcijos, kai vieno roboto blokai apėmė maždaug 100 metrų ilgio masyvo sekcijas – blokai galėjo veikti savarankiškai arba koordinuoti savo veiksmus per centrinį valdymą, kad būtų galima efektyviai valdyti visą gamyklą. Ši lanksti architektūra labai palengvino būsimą plėtrą, leisdama valymo sistemos pajėgumams augti kartu su gamyklos pajėgumais.

Prašome susisiekti su „Honde Technology Co., LTD.“

Email: info@hondetech.com

Įmonės svetainė:www.hondetechco.com

Tel.: +86-15210548582