Oktober 30, 2024
Haben Sie sich schon einmal gefragt, was die rasante Entwicklung der Photovoltaik-Solarindustrie für unsere Zukunft bedeutet? Im Zuge der globalen Energiewende ist die Bedeutung der Solarenergie als saubere und erneuerbare Energiequelle nicht zu übersehen. Doch wie lässt sich angesichts des durch Oberflächenverschmutzung verursachten Effizienzverlusts die optimale Leistung von Photovoltaikmodulen sicherstellen? In diesem Artikel werden die Geheimnisse der Photovoltaikindustrie gelüftet, die Auswirkungen der Oberflächenreinigung auf den Wirkungsgrad von Solarzellen untersucht und gezeigt, wie verschiedene saubere Technologien die Stromerzeugungskapazität und den wirtschaftlichen Nutzen verbessern können.
Bedeutung der Photovoltaik-Solarindustrie
Schlüssel zur Energiewende
Die Photovoltaik-Solarindustrie ist für die Förderung der Energiewende in der heutigen globalen Energielandschaft wichtig geworden. Die Technologie der Photovoltaik nutzt Halbleitermaterialien, um Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln, ohne dass dafür herkömmliche Verbrennungsprozesse erforderlich sind. Dadurch werden keine Treibhausgasemissionen wie Kohlendioxid erzeugt, was den Erfordernissen der Länder zur Bekämpfung des Klimawandels entgegenkommt.
Die Internationale Energieagentur (IEA) wies darauf hin, dass im Zuge der weltweiten Umstellung auf saubere Energie der Beitrag der Photovoltaik zur Stromerzeugung allmählich zunimmt und dass sie in Zukunft die wichtigste Stromquelle sein wird. Vor allem in der Europäischen Union, den Vereinigten Staaten und China wird die photovoltaische Stromerzeugung in zweifacher Hinsicht durch politische Maßnahmen und Finanzmittel unterstützt, um die von verschiedenen Ländern gesetzten Klimaneutralitätsziele zu erreichen.
Größe des Marktes
Das Marktwachstum der Photovoltaik-Industrie ist sehr bedeutend. Statistiken zufolge hat die weltweit installierte Photovoltaik-Kapazität eine hohe jährliche Wachstumsrate beibehalten. Im Jahr 2023 hat die weltweit installierte Photovoltaik-Kapazität 200GW überschritten, und es wird erwartet, dass sie in den nächsten Jahren weiter steigen wird.
Im Bericht der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) wird darauf hingewiesen, dass die installierte Gesamtkapazität der weltweiten Photovoltaik im Jahr 2030 voraussichtlich 5.000 GW übersteigen wird, was zweifellos das enorme Entwicklungspotenzial des Photovoltaikmarktes belegt. Dieser Trend ist nicht auf einige wenige Industrieländer beschränkt. Auch viele Schwellen- und Entwicklungsländer erhöhen ihre Investitionen in die Photovoltaikindustrie. So verzeichnen Indien und Brasilien ein noch schnelleres Wachstum ihrer Photovoltaikmärkte. [1]
Die rasante Entwicklung der Photovoltaik-Industrie ist jedoch auch mit einigen Herausforderungen verbunden. So haben beispielsweise die begrenzten Ressourcen, die Umweltauswirkungen, die technischen Engpässe und die hohen Kosten für die tägliche Wartung bei der Herstellung von Photovoltaikmodulen, insbesondere in Gebieten mit starker Staub- und Umweltverschmutzung, einen großen Einfluss auf die Effizienz und die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen.
Daher ist die Frage, wie der effiziente Betrieb von Photovoltaik-Paneelen aufrechterhalten werden kann, zu einer Schlüsselfrage bei der Entwicklung der Photovoltaik-Industrie geworden, und die Oberflächenreinigung ist eine wichtige Wartungsmethode, um die Stromerzeugungseffizienz von Photovoltaik-Systemen zu gewährleisten und die Lebensdauer der Geräte zu verlängern.
Einfluss der Oberflächenreinigung auf den Wirkungsgrad von Solarzellen
Gründe für die geringere Effizienz
Photovoltaik-Paneele sind während des Betriebs anfällig für verschiedene Verschmutzungen, insbesondere in offenen Umgebungen. Staub, Schmutz, Zunder, Harz und Vogelkot können sich auf der Oberfläche der Module ablagern. Da der fotoelektrische Umwandlungswirkungsgrad von Fotovoltaikzellen in hohem Maße von der Intensität des einfallenden Lichts abhängt, können diese Verunreinigungen das Sonnenlicht daran hindern, das Paneel zu erreichen, und so den fotoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad verringern. Mehrere Studien haben ergeben, dass Oberflächenverschmutzung die Energieausbeute von Photovoltaikmodulen erheblich beeinträchtigen kann. Sogar in Gebieten mit starkem Staubanfall kann die Stromerzeugungseffizienz von Photovoltaikmodulen um bis zu 30% sinken, wenn sie nicht regelmäßig gereinigt werden.
Fotovoltaikanlagen in der Wüste
Fälle von Effizienzsteigerung
Statistiken einiger Solarkraftwerke in Kalifornien zufolge hat die regelmäßige Reinigung die Energieausbeute von Fotovoltaikmodulen um etwa 15% erhöht. Andere Studien haben auch gezeigt, dass in stark verschmutzten Umgebungen die Stromerzeugungseffizienz von Photovoltaikmodulen nach der Reinigung deutlich höher ist, manchmal bis zu 20%. Vor allem in staubigen Gegenden wie dem Nahen Osten oder Nordafrika verwenden die Unternehmen in der Regel automatische Reinigungssysteme oder manuelle Reinigung, um sicherzustellen, dass die Stromerzeugungsleistung der Photovoltaikanlage nicht durch Schadstoffe beeinträchtigt wird. [2]
Darüber hinaus ist die Wahl des Reinigungszyklus und der Reinigungsmethode entscheidend für die Verbesserung der Effizienz von Photovoltaik-Paneelen. Einige Kraftwerke setzen regelmäßig Sandstrahlverfahren mit feinen Partikeln ein, um schwer zugängliche Verschmutzungen und Harze zu entfernen, insbesondere wenn eine chemische Reinigung nur schwer möglich ist. Diese Art der zerstörungsfreien Reinigung verbessert die Effizienz der Reinigung und gewährleistet die langfristige Nutzung der Module.
Verschiedene Schadstoffe
Photovoltaikmodule werden in unterschiedlichen geografischen Umgebungen durch verschiedene Arten von Verunreinigungen beeinträchtigt, wobei die Quellen und Eigenschaften dieser Verunreinigungen variieren. Insbesondere Staub, Vogelkot und Harz sind die drei häufigsten Verschmutzungsquellen, die nicht nur die photovoltaische Umwandlungseffizienz der Module beeinträchtigen, sondern auch das Material der Module beschädigen können.
- Staub
Quelle: Die Quelle für Staub sind meist Schwebeteilchen in der Luft, die sich unter dem Einfluss der Schwerkraft auf der Oberfläche der Photovoltaikmodule absetzen. Die Staubverschmutzung ist in Gebieten mit starken Winden und Sand, wie dem Nahen Osten oder Nordafrika, besonders gravierend.
Schaden: Die Staubbedeckung verringert die Durchlässigkeit des Sonnenlichts, was dazu führt, dass das Sonnenlicht die aktive Oberfläche der Batterie nicht effektiv erreichen kann, was sich direkt auf die photovoltaische Umwandlungseffizienz der Batterie auswirkt. Darüber hinaus kann die langfristige Ansammlung von Staubpartikeln auch einen schwerwiegenderen Abschirmungseffekt verursachen, der zu einer lokalen Überhitzung der Batterie führt und ihre Gesamtleistung und Lebensdauer beeinträchtigt.
- Vogelkot
Quelle: Vogelkot stammt hauptsächlich von Vögeln, die in der Nähe von Fotovoltaikanlagen leben. Sie scheiden auf der Oberfläche der Paneele aus, insbesondere in Großkraftwerken im Freien. Vogelkot ist sehr weit verbreitet.
Schaden: Vogelkot ist nicht nur klebrig, sondern die darin enthaltenen säurehaltigen Bestandteile können die Oberflächenmaterialien der Photovoltaikmodule angreifen. Diese Korrosion beeinträchtigt die optischen Eigenschaften des Paneels und verringert die Lichtdurchlässigkeit weiter. Gleichzeitig lässt sich Vogelkot nur schwer entfernen, und wenn er nicht rechtzeitig entfernt wird, kann er das Paneel dauerhaft beschädigen.
- Harz
Quelle: Harzverschmutzung tritt in der Regel in einer Umgebung mit Bäumen in der Nähe von Fotovoltaikanlagen auf. Das von den umliegenden Bäumen abgesonderte Harz fällt unter der Einwirkung des Windes auf die Paneele und bildet Verklebungen.
Schaden: Das Harz ist sehr klebrig und haftet leicht an der Oberfläche des Photovoltaik-Paneels, blockiert das Sonnenlicht und lässt sich nur schwer entfernen. Selbst mit allgemeinen Reinigungsmethoden ist es unmöglich, die Harzflecken vollständig zu entfernen. Darüber hinaus kann das Harz, das lange Zeit auf der Platte verbleibt, zu einer lokalen Abschattung führen, was die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Batterie weiter verringert.
Umgebungen in der Nähe von Wäldern sind anfällig für das Ausblasen von Harz
Anwendung der Reinigungstechnik
Mit der rasanten Entwicklung der Photovoltaik-Industrie hat die Bedeutung verschiedener Reinigungstechniken für die Wartung von Photovoltaik-Paneelen an Bedeutung gewonnen. Je nach den verschiedenen Schadstoffen und den Eigenschaften der Module kann die Wahl der richtigen Reinigungsmethode nicht nur die Effizienz der Module verbessern, sondern auch ihre Lebensdauer verlängern. Im Folgenden werden einige häufig verwendete Reinigungsverfahren vorgestellt.
- Technologie der chemischen Reinigung
Bei der Trockenreinigung werden Oberflächenverschmutzungen hauptsächlich mit Hilfe von Luftkraft oder physikalischen Methoden entfernt. Es handelt sich um eine Reinigungsmethode, die keine Wasserressourcen benötigt. Die Trockenreinigung ist vor allem für Bereiche mit leichter Staubbelastung geeignet. Sie hat eine hohe Reinigungswirkung, aber bei hartnäckigeren Verschmutzungen wie Vogelkot und Harzen ist die Reinigungswirkung relativ begrenzt.
Gemeinsame Ausrüstung und Methoden:
- Ausrüstung zum Ausblasen: Verwenden Sie Luftkompressoren oder spezielle Blasgeräte, um direkt auf die Oberfläche der Platte zu blasen, um aufgewirbelten Staub zu entfernen.
- Trockene Sandstrahlgeräte: Bei großflächigen Paneelen können trockene Sandstrahlgeräte mit weichen Sandstrahlmitteln wie Glasperlen und feinen Keramikkugeln eingesetzt werden, um Staub zu entfernen und die Oberfläche glatt zu halten.
Pro und Kontra:
- Vorteile: Wasserlose Reinigung, geeignet für Umgebungen mit Wassermangel und Bereiche mit leichtem Staub.
- Benachteiligungen: Kann hartnäckige Verschmutzungen nicht entfernen und erfordert eine angemessene regelmäßige Wartung.
- Nassreinigungstechnik
Die Nassreinigungstechnik ist eine wirksame Reinigungsmethode für hartnäckige Flecken. Sie kombiniert Wasser und Reinigungsmittel und ist für hartnäckige Verschmutzungen wie Vogelkot und Harze geeignet. Wird die Nassreinigung unter starker Sonneneinstrahlung durchgeführt, sollte auf die Trocknungsgeschwindigkeit von Wasserflecken geachtet werden, um zu verhindern, dass Kesselstein zurückbleibt.
Gemeinsame Ausrüstung und Methoden:
- Hochdruck-Wasserpistole: Mit angemessenem Wasserdruck auf die Oberfläche einwirken lassen, um hartnäckige Flecken wie Vogelkot oder dicke Staubschichten schnell zu entfernen.
- Kombination aus weicher Bürste und Reinigungsmittel: Verwenden Sie für die manuelle Reinigung ein neutrales Reinigungsmittel und eine weiche Bürste, um spezielle Verschmutzungen wie Harz und Öl zu entfernen. Sie eignet sich jedoch auch für die Reinigung kleinerer Photovoltaikmodule.
Pro und Kontra:
- Vorteile: Es kann hartnäckige Verschmutzungen gründlich reinigen und die Stromerzeugungseffizienz von Fotovoltaikanlagen verbessern.
- Benachteiligungen: Sie verbraucht viel Wasser und eignet sich für Gebiete mit reichlich Wasserressourcen.
Kombination aus weicher Bürste und Reinigungsmittel
- Automatisches Reinigungssystem
Automatisierte Reinigungssysteme werden nach und nach in großen Photovoltaik-Kraftwerken eingesetzt. Solche Systeme verwenden automatische Bürsten oder Gebläse, die auf den Photovoltaik-Paneelen installiert sind, um regelmäßige Reinigungsvorgänge durchzuführen. Viele automatische Reinigungsgeräte kombinieren Trocken- und Nassreinigungsfunktionen und können die Reinigungsmethode automatisch an den Grad der Verschmutzung anpassen.
Gemeinsame Ausrüstung und Methoden:
- Automatisierte Walzenbürste: Verwenden Sie eine weiche Walzenbürste, um die Plattenoberfläche zu reinigen, und passen Sie die Reinigungshäufigkeit in Kombination mit einem intelligenten Abtastsystem an, um den Verlust von Verbrauchsmaterialien durch wiederholte Reinigung zu vermeiden.
- Intelligenter Roboter mit eingebautem Sandstrahlgerät: Einige High-End-Systeme sind mit einer automatischen Sandstrahlfunktion ausgestattet, die automatisch die Art der Verschmutzung erkennt und geeignete Sandmedien wie Nylonpartikel oder Aluminiumoxid-Sand aufsprüht, um eine Feinreinigung zu gewährleisten.
Pro und Kontra:
- Vorteile: Hoher Automatisierungsgrad, geeignet für den Betrieb in großem Maßstab und Einsparung von Arbeitskosten.
- Benachteiligungen: Hohe Anfangsinvestitionen, regelmäßige Wartung und Austausch von Verbrauchsmaterialien.
Tatsächlicher Verarbeitungsfall [3]
Die Zusammensetzung von Schadstoffen auf Photovoltaikmodulen ist komplex. Um die photovoltaische Umwandlungseffizienz der Paneele zu verbessern, ist es besonders wichtig, geeignete Reinigungsstrategien anzuwenden, die auf den Eigenschaften der verschiedenen Schadstoffe basieren. In Kombination mit der Sandstrahltechnik können Reinigungsstrategien für verschiedene Schadstoffe die Reinigungseffizienz und -wirkung von Photovoltaik-Paneelen erheblich verbessern.
Staub
- Reinigungsstrategie: Bei leichter Staubverschmutzung werden in der Regel Trockenreinigungsverfahren angewandt, z. B. mit einer weichen Bürste oder einem Gebläse zur Entfernung von Oberflächenstaub. Diese Methode ist einfach zu handhaben, kostengünstig und für die tägliche Wartung geeignet. Bei starker Staubansammlung kann es jedoch schwierig sein, den Staub mit Trockenreinigung vollständig zu entfernen, und es sind gezieltere Behandlungsmethoden erforderlich.
- Sandstrahlgehäuse: In einigen großen Photovoltaik-Kraftwerken sind Staubprobleme besonders ausgeprägt. Zur schnellen und effizienten Reinigung von Staub kann Niederdruck-Sandstrahlen eingesetzt werden, und weiche Sandpartikel wie Glasperlen oder Keramikperlen können mit einem geringeren Druck auf die Plattenoberfläche gesprüht werden. Glasperlen haben eine gute Verschleißfestigkeit und eignen sich für die leichte Reinigung, während Keramikperlen aus Zirkonium bestehen, die härter sind, aber die Oberfläche nicht zerkratzen. Mit diesen Medien lassen sich große Staubansammlungen wirksam entfernen und die Plattenoberfläche vor Beschädigungen schützen. Darüber hinaus verringert der Einsatz von Sandstrahlen die Abhängigkeit von Wasserressourcen und ist damit eine umweltfreundlichere Lösung.
Guano
- Reinigungsstrategie: Aufgrund der starken Viskosität und Korrosivität von Vogelkot wird in der Regel eine Nassreinigung durchgeführt. Weichen Sie den Vogelkot zunächst mit sauberem Wasser ein, um seine klebrigen Bestandteile aufzuweichen, und verwenden Sie dann ein mildes Reinigungsmittel, um ihn weiter zu reinigen und sicherzustellen, dass die Plattenoberfläche nicht beschädigt wird.
- Sandstrahlgehäuse: Bei hartnäckigem Vogelkot kann die Mikrosandstrahltechnik zur Behandlung nach der Hochdruckwasserpistolenreinigung eingesetzt werden. Das Sandstrahlmittel kann sein ultrafeines Aluminiumoxid oder feiner Keramiksand. Aluminiumoxid-Sandstrahlpartikel sind langlebig und chemisch inert und eignen sich für die Behandlung organischer Rückstände, während Keramiksand aufgrund seiner Gleichmäßigkeit und Glätte bei niedrigem Druck Rückstände entfernen und Oberflächenkorrosion vermeiden kann. Darüber hinaus kann das Sandstrahlen die Lebensdauer von Photovoltaik-Paneelen verlängern und sie lange Zeit sauber halten.
Richtiger Wasserdruck Schock
Harz
- Reinigungsstrategie: Die Reinigung von Harzverunreinigungen ist komplizierter. Sie können zunächst organische Lösungsmittel verwenden, um das Harz aufzuweichen, und es dann mit einer angemessenen Menge Wasser abwaschen, um sicherzustellen, dass die Harzreste vollständig entfernt werden. Achtung! Die Auswahl der organischen Lösungsmittel sollte sicher und umweltfreundlich sein, um Nebenwirkungen auf die Plattenmaterialien zu vermeiden.
- Sandstrahlgehäuse: Wenn die Harzverschmutzung schwerwiegend und durch herkömmliche Reinigungsmethoden nur schwer zu entfernen ist, kann die Sandstrahltechnik eingesetzt werden, und Sandstrahlmittel aus Nylon-Polyamid oder Polystyrolpartikel kann gewählt werden, um den Sandstrahldruck für die lokale Reinigung zu steuern. Nylon-Polyamid-Partikel haben eine relativ geringe Härte und eignen sich zum Sandstrahlen von empfindlichen Materialien. Polystyrolpartikel können bei der Reinigung von Harzverunreinigungen effektiv klebrige Rückstände entfernen, ohne unnötige Reibungsschäden an der Oberfläche zu verursachen. Nach dem Sandstrahlen muss die Oberfläche der Platte weiter geprüft und gereinigt werden, um eventuelle Sandrückstände zu entfernen und sicherzustellen, dass die optische Leistung der Platte nicht beeinträchtigt wird.
Wirtschaftlicher und ökologischer Nutzen
Die Reinigung von Photovoltaik-Paneelen kann nicht nur ihre photoelektrische Umwandlungseffizienz verbessern, sondern auch dazu beitragen, nachhaltige wirtschaftliche und ökologische Vorteile zu erzielen. Mit der zunehmenden Verbreitung der Photovoltaik-Technologie haben immer mehr Studien und Fälle bewiesen, dass eine regelmäßige Reinigung für den langfristigen Betrieb und die Wartung von Photovoltaik-Kraftwerken unerlässlich ist.
Wirtschaftlicher Nutzen
- Verbesserung der Effizienz der Stromerzeugung: Wenn Photovoltaik-Paneele über einen langen Zeitraum verwendet werden, wirkt sich die Oberflächenverschmutzung direkt auf ihre photoelektrische Umwandlungseffizienz aus. Forschungsergebnissen zufolge kann die regelmäßige Reinigung die Stromerzeugung von Photovoltaik-Kraftwerken um 5% bis 20% erhöhen. Bei Investitionskosten von 5% bis 20% kann durch die Erhöhung der Energieausbeute eine höhere wirtschaftliche Rentabilität erzielt werden.
- Senkung der Wartungskosten: Die Reinigung von Photovoltaikmodulen ist zwar mit einem gewissen Kostenaufwand verbunden, kann aber langfristig die Lebensdauer der Module verlängern und die Häufigkeit von Ausfällen und Reparaturen verringern. Durch eine wirksame Reinigung und Wartung können Ausfallzeiten und Wartungskosten, die durch Geräteausfälle verursacht werden, verringert werden, wodurch sich der wirtschaftliche Nutzen des gesamten Photovoltaiksystems verbessert.
- Erhöhung der Stromerzeugung: Der wirtschaftliche Wert eines Fotovoltaik-Kraftwerks wird in der Regel durch die Stromerzeugung und die Betriebskosten bestimmt. Reinigungsmaßnahmen können die Stromerzeugung erheblich steigern und die Investitionsrendite (ROI) entsprechend verbessern. So hat sich beispielsweise der ROI einiger Projekte nach der Durchführung regelmäßiger Reinigungsmaßnahmen deutlich von 8% auf 12% erhöht. [4]
Auswirkungen auf die Umwelt
Herkömmliche Reinigungsmethoden benötigen oft große Mengen an Wasser, insbesondere in trockenen Gebieten. Durch den Einsatz umweltfreundlicher Reinigungstechnologien wie Trockenreinigung oder wassersparende Reinigungstechnologien kann der Verbrauch von Wasserressourcen erheblich gesenkt werden, was den Anforderungen der Wassereinsparung und der nachhaltigen Entwicklung entspricht. Gleichzeitig kann die Verwendung von biologisch abbaubaren Reinigungsmitteln die Umweltbelastung verringern.
- Verringerung der Schadstoffemissionen: Die Reinigung von Photovoltaikmodulen kann die Energieeffizienz und damit die Kohlenstoffemissionen insgesamt verringern. Im Zusammenhang mit der Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ist die Reinigung von Photovoltaikmodulen zu einer wichtigen Maßnahme geworden, um die Entwicklung erneuerbarer Energien zu fördern und die Treibhausgasemissionen zu verringern.
- Umweltfreundlich: Die Verwendung unbedenklicher Reinigungsmittel und -methoden ist nicht nur für die Umwelt insgesamt von Vorteil, sondern schützt auch die ökologische Umwelt in der Umgebung. So werden in vielen Photovoltaik-Kraftwerken inzwischen umweltfreundliche Reinigungsmittel verwendet, die Boden und Wasserquellen nicht verschmutzen und umweltfreundlichen Anforderungen genügen.
Bei der rasanten Entwicklung der Photovoltaik-Industrie verbessert die wirksame Anwendung sauberer Technologien nicht nur die Stromerzeugungseffizienz von Photovoltaik-Paneelen, sondern bietet auch eine starke Unterstützung für den langfristigen wirtschaftlichen Nutzen und den Umweltschutz von Kraftwerken. Durch die rationelle Auswahl von Reinigungsmethoden und -materialien können Kraftwerksbetreiber nicht nur wirtschaftlich profitieren, sondern auch ein gutes Image im Umweltschutz aufbauen und die umfassende Entwicklung nachhaltiger Energie fördern.
Referenzen
- "Globaler Solarenergiemarkt 2024: Zukünftige Trends", Energy Research.
- "Trends im globalen Photovoltaik-Markt", Internationale Agentur für erneuerbare Energien (IRENA).
- "Auswirkungen von Staub auf die Effizienz von Solarmodulen: Eine Fallstudie", Energy Journal.
- "Reinigungsmethoden für Solarmodule: Effectiveness and Efficiency" (Wirksamkeit und Effizienz), Renewable Energy Reviews.
