תפקידם של מגן השמש על צמחים ממים חום קיצוני

תחנות כוח סולאריות הן אבן הפינה של המעבר העולמי לאנרגיה מתחדשת.עם זאת, הן מתמודדות עם פגיעות קריטית: חום קיצוני.טמפרטורות גבוהות וקרינה סולארית אינטנסיבית יכול לדרג לוחות פוטו-וולטאיים (PV), להפחית את היעילות הבלתי נמנעת, להאיץ את ההידרדרות בסוללה, ואפילו לגרום לכשלים קטסטרופליים.כאשר שינויי האקלים מניעים יותר תכופים וכבדים, הגנה על נכסים סולאריים עם ניהול תרמי יעיל הפכה למגן יעיל יותר.

הבנת מגן חום ב-Surdom Context

מגן חום הוא כל מחסום או ציפוי אשר מנהל העברת אנרגיה תרמית. בתחנות כוח סולאריות, מגן חום משרת שלושה פונקציות עיקריות: לשקף קרינה סולארית נכנסת ממרכיבים רגישים, סופגת ומבצעת חום ממקומות חמים, ובודדת ציוד ממקורות חום חיצוניים.ההמטרה היא לשמור על טמפרטורות הפעלה קריטיות בטווחים מצופים היצרן - מתחת ל-85 מעלות צלזיוס עבור לוחות סיליקון ומטהור מתחת ל- 30 מעלות צלזיוס לאפקטים של יעילות סטנדרטית של טמפרטורה אחת (C) באופן ישיר מעל לטמפרטורה של 0.5%).

ביצועי מפתח

מגיני חום יעילים מוערכים על ידי משק השמש שלהם (היכולת לקפוץ אור השמש), חסינות תרמית (היכולת לקרינה חום נספג), מוליכות תרמית (כמה מהר הם נעים חום), ויציבות ארוכת טווח תחת חשיפה UV. ציפויים גבוהים-אינפלציה, למשל, יכול להשיג מדד רפלקציה סולרית (SRI) מעל 100, בעוד חומרים מתקדמים כגון גלל יש התנהגות תרמית כמו 0.02 / משקל נמוך כמו תכונות מכניות / 16) עם עלויות מכניות.

סוגי מגן חום המשמשים צמחי כוח סולאריים

המגוון של רכיבים במפעל סולארי – ממודולים PV ועד למניעים לאחסון סוללות – דורש מגוון של טכנולוגיות הגנה חום.

מתקפלים וגגות מגניבות

ציפוי רפלקטיבי הם בין מגיני חום נפוצים וחסכוניים ביותר.אלה הם בדרך כלל צבע לבן או בהיר צבע צבע צבע צבע המכיל טיטניום דו חמצני (TiO2) או פיגמנטים אחרים במשקל גבוה גבוה. Applied to the backsheets של לוחות PV, מבנים על גבי אור, או בנייה של מתקנים מכווני קרקעיים קלים, הם להפחית את פני השטח על ידי לשקף חלק משמעותי של קרינה סולארית.

בידוד חומרים

בידוד מונע חום מלחיצת מרכיבים רגישים.חומרים כגון שמיכה בסיבים קרמיקה, סיבים, קצף פוליאוריטאן, ואווירגלים משמשים כדי לעוטפת פיטורים, מחסנים וקופסאות חשמל. Aerogels הם מבטיחים במיוחד - הם עד 99% אוויר, משקל קיצוני, ולספק בידוד מעולה באנרגיה סולארית מרוכזת (CSP), קצף קרמיקה קווי לעמוד בפני 5, 000 מעלות צלזיוס, כדי להפחית את הפחתת ה-C.

גדרות רדום ו-Hick Sinks

מחסומים רדנט, לעתים קרובות עשויים אלומיניום מלוטש או נחושת, משקפים חום רחוק יותר מאשר לספוג אותו.הם מותקנים כמו סדקים או סדינים מאחורי מודולים PV או סביב ארונות לא מופרכות.

מערכות קירור יעילות (Advanced Heat Shields)

בעוד לא רק "שידלדס", מערכות קירור פעילות כגון אוהדי אוויר מאולץ, לולאות קירור נוזליות, או קרקרים תרמואלקטריים משולבים לעתים עם מגיני חום.לדוגמה, בתחנות לא מונעות בקנה מידה גדול של כלי רכב, מגיני חום ושכי חום לעבוד יחד עם אוורור מאויש מאוורר.

אזורים קריטיים של יישומים

מגינים חום פרוסים במספר אזורים ספציפיים בתוך צמח סולארי.כל אזור יש מתחים תרמיים ייחודיים וצורות כשל.

פאנלים פוטו-וולטאיים

מודולים PV הם המרכיבים הנחשקים ביותר. overheating מאיצים מנגנונים של השפלה כגון השפלה הנגרמת פוטנציאלית (PID), כתמים חמים, ו delamination של encapsulants.מגנים חום כאן כוללים ציפוי רפלקטיבי על גבי גליון האחורי, מוקרן כי מאפשר זרימת אוויר מאחורי המודול, וזכוכית מיוחדת עם תוכן ברזל נמוך כי להפחית ספיגה חום.

Inverters and Power Electronics

מופנים להמיר DC ל- AC ולבית טרנזירים רגישים, קיבולים, ומעגלי בקרה.יעילות מופנית יורדת מעל 50 מעלות צלזיוס, ומהתחממות יתר היא גורם מוביל לכישלון (לעתים קרובות מסומן על ידי "העיוותים" במהלך גלי חום) מגיני חום עבור מופנים כוללים גוונים חיצוניים (למשל, אלומיניום כי לשמור על השמש הישירה), בתוך מדגני חום מסוימים, ומטה (R) עם מצעים חמים (R) אשר נועדו) עם מקיפים את ה-ידי "מכסים"מכסים"מתקני חום" (Ricolrefinoled) עם .

סוללות אנרגיה אחסון מערכות (BESS)

סוללות ליתיום-יון הן רגישות לטמפרטורות גבוהות.הפעלה מעל 45 מעלות צלזיוס מאיצה את היכולת לדעוך ומגדילה את הסיכון של מפלט תרמי - תגובת שרשרת מסוכנת.מגן חום עבור BESS כוללים בידוד פסיבי (למשל, שמיכה קרמיקה סביב חבילות מודול), חומרי שינוי שלב (PCMs) כי סופגים חום על ידי התכה, ולוחות קירור פעיל.

קבלן סולאריות (CSP)

במפעלי CSP, מראות להתמקד באור השמש על המקלטים שיכולים לעלות על 500-1000 מעלות צלזיוס.מגן חום כאן הם מיוחדים: הם עשויים לכלול אריחים קרמיקה עתירי קרמיקה, מגיני סיליקון, או ציפוי תרמי מתקדם צינורות מתכת.חומרים אלה חייבים לעמוד בזעזוע תרמי קיצוני וחמצן תוך צמצום אובדן חום.

ביצועים והטבות כלכליות

היתרונות של מגיני חום להאריך מעבר לפעולה טכנית לתשואות פיננסיות.הפחתת היתרונות האלה עוזר להצדיק השקעות.

אנרגיה מוגברת

על ידי הורדת טמפרטורות תפעול, מגיני חום להגדיל באופן ישיר את התפוקה החשמלית.עבור צמח 100 מגה-וואט PV באקלים חם, ירידה של 5 מעלות צלזיוס בטמפרטורת מודול יכולה להניב ייצור אנרגיה נוסף 2–3% בשנה - שווה מאות אלפי דולרים בשנה.עבור מפגעים, טמפרטורה נמוכה יותר להפחית את ההפסדים המשתנים ולשפר את איכות הכוח. מחקר מקיף על ידי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (EA) מצא כי אסטרטגיות קירור פסיביות יכולות להגדיל את ה-5% לצמח כדי להגדיל את ה- PV.

בסביבה הקרובה של Extended Equipment Lifespan

הלחץ הירומלי הוא נהג עיקרי של כשל רכיב.כל עלייה של 10 מעלות צלזיוס בטמפרטורה הפעלה יכולה ללטף את תוחלת החיים הצפויה של קפקאים וסוללות.מגן חום מקטין את זה: ציפויים רפלקטיביים על לוחות להפחית אופניים תרמיים, encapsulants להישאר גמישים יותר, ו- inverters לחוות פחות סדקים משותפים הנמכרים.

תחזוקה מופחתת ו- LCOE

פחות כישלונות פירושים פחות שיחות שירות חירום ופחות זמן השבתה של עלויות החשמל (LCOE) הטבות משילוב של תפוקה גבוהה יותר ו- O&M. A 2018 ניתוח על ידי Fraunhofer ISE הראה כי שילוב של מגיני חום במערכות PV מופחת LCOE על ידי 5-7% באקלים המדבר בהשוואה למתקנים סטנדרטיים.

אתגרים ושיקולי עיצוב

למרות היתרונות שלהם, מגיני חום חייבים להיות שנבחרו בקפידה ו נשמר.מעלה תרמית יכול להוביל לתוצאות תת-אופטימיות או בעיות חדשות.

מחיר לעומת איזון

מגיני חום ביצועים גבוהים (למשל, aerogels, PCMs מתקדם) להוסיף עלות מראש. עבור פרויקטים מוגבלים תקציב, אפשרויות בעלות נמוכה יותר כמו צבע רפלקטיבי לבן או בידוד בסיסי יכול מספיק. מהנדסים חייבים לבצע ניתוח עלות מחזור חיים מותאם לאקלים, מחירי חשמל ומפרטים ציוד של האתר.

תחזוקה ויציבות

ציפוי רפלקטיבי יכול להיות מלוכלך או משפיל תחת קרינה UV, לאבד את יעילותם של אבק על לוחות PV ו גליונות אחוריים להפחית רפלקציה ומלכודות חום. באזורים עקשניים, ניקוי תקופתי הוא חיוני.חומרים בידוד עלולים לספוג לחות, להפחית את הביצועים התרמית שלהם. בחירת UV-stable, הידרופובי, חומרים נקיים הוא קריטי.

אינטגרציה ומשקל

הוספת מגיני חום מגבירים את המשקל - במיוחד רלוונטי עבור השמש גג שבו טעינה מבנית מוגבלת. בידוד כבד או כיור חום גדול עשוי לדרוש הרות חזקות יותר. מערכות קירור Active מוסיפה מורכבות וצריכת אנרגיה. מעצבים לעתים קרובות לבחור לסכלים רפלקטיביים קלים או שמיכה אווירוגל דק כדי למזער.

ניהול מוחלט של מערכות שלמות

מגן חום עבור רכיבים בודדים חייב להיחשב הוליסטית.לדוגמה, המשקפת חום הרחק ממודול PV עשוי להגדיל את הטמפרטורה של הגג מתחת, המשפיע על inverter או מיקום סוללה. Computational נוזל דינמיזציה (CFD) מודלים משמש יותר ויותר כדי לייעל את מיקום מגן חום וזרימת אוויר סביב צמח שלם.

טכנולוגיות מתפתחות ומגמות עתידיות

חומרים מדע והנדסה מתקדמים במהירות, מציעים פתרונות מבטיחים למפעלים סולאריים הדור הבא.

ננו-חומרים ומטריאליזם

Graphene ו- Carbon nanotubes מציעים מוליכות תרמית יוצאת דופן, והוא יכול להיות מוטבע ציפויים או פולימרים כדי ליצור מגן חום אולטרה אור. metamaterials עם מבנים פוטוניים מהונדסיים יכול לשקף באופן סלקטיבי קרינה אינפרא אדום תוך השאר שקוף לאור גלוי - אידיאלי עבור פאנל PV מכסה זכוכית.

שינוי חומרים (PCMs)

PCMs סופג אנרגיה תרמית כפי שהם משתנים מ מוצק נוזל בטמפרטורה מסוימת, מתנהג כמו כיור חום ללא מנגנונים פעילים. Paraffin מבוסס PCMs כבר בשימוש בחלק מחבילות סוללות. חדש מלח מטבול מפותח עבור טווחי טמפרטורה גבוהים יותר מתאים CSP ו unverters. אינטגרציה לתוך שכבות מרתיעה יכול לספק מטבוליט טמפרטורה אוטומטית.

התאמות ו-Thermochromic Coatings

ציפויים חכמים שמשנים את רפלקטיביותם או את המולד שלהם בהתבסס על טמפרטורה או עוצמת אור נמצאים באופק.חומריrmochromic להפוך רפלקטיבי מעל טמפרטורת סף, עוזר למנוע חימום יתר תוך מתן אפשרות לפעולה נורמלית בתנאים קרירים יותר. גישה זו הסתגלות יכול לייעל את הביצועים החורף והגנה על הקיץ. a recent article in FLT:0JorollF 1LT 1LT הוכיחה תרמוגרמתית שנתית כי הציפוי גדל על ידי PV2F:2; 2.

מבנים בהשראת

הטבע מציע השראה עיצוב: למבצר כסף סהרה יש מבנה שיער משולש שמשתקף אור קרוב לשנאה בעוד שמהנדסים נשארים שחור. מהנדסים משכפלים מגיאומטריה כזו עם משטחים פולימרים מודפסים תלת מימדיים כי בו זמנית מגניב ושופך אבק. Lotus-leaf-inspired hydrophobic ציפויים גם להפחית את העמידות אבק, שמירה על משקל ארוך יותר.

מסקנה

חום קיצוני הוא אחד האיומים המחודשים ביותר לביצועים של תחנת כוח השמש וארוכותיות.מגן חום - בין אם צבע רפלקטיבי פשוט או גלאז מתקדם מסולקים - פתרונות יעילים יותר, מדרגיים לצמצום הלחץ התרמי.על ידי שמירה על טמפרטורות הפעלה אופטימליות, טכנולוגיות אלה מגבירות את יעילות האנרגיה, מרחיבות את חיי הציוד החמים ביותר, ועלויות נמוכות יותר של אקלים לכיוון חום אינטנסיבי יותר, ותפקידי לחץ חום, אפילו יותר, מבטיחות יותר, אך ורק חומרים משמרות, אך ורק על פני חומרים עמידים, אך ורק על פני חומרים עמידים, מגבירים, מגבירים, מגבירים, מגבירים, מגבירים יותר, מגבירים, מגבירים יותר, מגבירים יותר, מגבירים יותר, מגבירים יותר, מגבירים יותר, מגבירים, מגבירים, מגבירים את יעילותם של חומרים עמידים, אך ורק על פני מערכות אנרגיה, מגבירים, מגבירים, מגבירים את יעילותם של חומרים מסוכנים, אך ורק על פני מערכות אנרגיה, מגבירים, מגבירים, מגבירים את יעילותם של חומרים מסוכנים, אך ורק על פני אנרגיה, מגבירים, מגבירים, מגבירים את יעילותם של אנרגיה, מגבירים את יעילותם של אנרגיה, מגבירים את יעילותם של אנרגיה,