انواع ربات‌های شستشوی پنل‌های خورشیدی

مقدمه

نیروگاه‌های خورشیدی مزایای متعددی از جمله مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی را به همراه دارند. این نیروگاه‌ها انرژی پاک تولید می‌کنند و تأثیرات زیست‌محیطی آن‌ها بسیار ناچیز است؛ به‌طوری که هیچ‌گونه گاز گلخانه‌ای منتشر نمی‌کنند و آلودگی صوتی نیز ایجاد نمی‌نمایند.  [1]تحلیل‌ هزینه‌ی نیروگاه‌های خورشیدی نشان می‌دهد که این فناوری می‌تواند صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه‌های برق به همراه داشته باشد، به‌طوری که دوره‌ی بازگشت سرمایه در برخی موارد تنها پنج سال است و مزایای مالی چشمگیری در طول عمر نیروگاه به دنبال دارد. [2] انرژی خورشیدی در سال‌های اخیر رشد قابل‌توجهی داشته و هزینه‌های آن به طور چشمگیری کاهش یافته است. ظرفیت جهانی سامانه‌های خورشیدی فوتوولتائیک (PV) از 17.06 گیگاوات در سال 2010 به حدود 300 گیگاوات در سال 2016 افزایش یافته است. در سال‌های اخیر رشد محسوسی در نصب نیروگاه‌های خورشیدی در ایران مشاهده شده است. استراتژی تعرفه‌ی تغذیه‌ای منجر به نصب حدود 7000 نیروگاه خورشیدی کوچک با مجموع ظرفیت 84 مگاوات در طی شش سال شده است. [3] همچنین ظرفیت نصب‌شده‌ی کل انرژی‌های تجدیدپذیر در ایران به 575 مگاوات رسیده و بهره‌گیری از انرژی خورشیدی برای تولید برق هر ساله در حال رشد است.  ایران در تلاش است تا سهم انرژی‌های تجدیدپذیر خود را افزایش دهد و پیش‌بینی می‌شود که ظرفیت تجمعی نصب‌شده این بخش تا سال 2030 به 2800 مگاوات برسد که نیازمند سرمایه‌گذاری بیش از 2.8 میلیارد دلاری در این بخش است. [4]

تجمع گرد و غبار بر روی پنل‌های خورشیدی به‌طور قابل توجهی بازدهی و تولید انرژی آن‌ها را کاهش می‌دهد. تحقیقات نشان داده‌اند که در هند، پس از ۴۵ روز، کاهش بازدهی به میزان ۲۲.۵٪ مشاهده شده است . در عربستان سعودی، پس از ۱۶ هفته، کاهش ۱۰٪ در بازدهی ثبت شده است. حتی مواجهه‌ی کوتاه‌مدت به مدت یک ماه در محیط‌های شهری می‌تواند منجر به کاهش ۰.۴٪ بازدهی مطلق شود .ذرات گرد و غبار یک لایه‌ی پوششی ایجاد می‌کنند که باعث محدود شدن دریافت نور خورشید، افزایش دمای پنل و کاهش انتقال نور می‌شود .عواملی که بر تجمع گرد و غبار تأثیر می‌گذارند شامل زاویه‌ی شیب پنل، جهت باد، فرکانس تمیزکاری و شرایط محیطی محلی هستند[5].  قسمت‌های پایینی پنل‌ها به دلیل شیب پایین‌تر معمولاً باعث تجمع بیشتر گرد و غبار می‌شوند که منجر به کاهش بیشتر بازدهی می‌گردد .تأثیر گرد و غبار بر عملکرد پنل‌های خورشیدی به‌طور خاص به موقعیت جغرافیایی بستگی دارد و ممکن است مزایای شرایط مطلوبی مانند ارتفاع بالاتر و تابش بیشتر را جبران کند[6]. بررسی دیگری نشان می‌دهد که آلودگی و تجمع گرد و غبار به‌طور قابل توجهی بازدهی و سودآوری اقتصادی سامانه‌ی‌های فتوولتائیک (PV) خورشیدی را کاهش می‌دهند. تحقیقات نشان داده‌اند که رسوب گرد و غبار می‌تواند منجر به از دست رفتن درآمد سالانه تا ۳۵٪ برای کاهش ۲۰٪ در تابش خورشیدی شود. در چین، اجرای تدابیر کنترل آلودگی هوا می‌تواند تا سال ۲۰۴۰ تولید برق فتوولتائیک خورشیدی را به میزان ۸۵-۱۵۸ تراوات ساعت در سال افزایش دهد و احتمالاً ۱۳-۱۷٪ از هزینه‌های مرتبط با این تدابیر را جبران کند .برای کاهش این خسارات، تمیزکاری منظم ضروری است، و هزینه‌های تمیزکاری جهانی بسته به نوع سامانه، موقعیت و روش تمیزکاری از ۰.۰۱۶ تا ۰.۹ دلار به ازای هر متر مربع متغیر است [7].  بهینه‌سازی فواصل نگهداری با تعادل میان هزینه‌های تمیزکاری و کاهش بازدهی برای حداکثر کردن عملکرد و بازده مالی نیروگاه‌های فتوولتائیک ضروری است.

روش‌های متعددی برای تمیز کردن این پنل‌ها توسعه یافته‌اند که شامل روش‌های طبیعی، دستی، مکانیکی، رباتیک، استفاده از پهپاد، پوشش‌دهی، روش‌های الکتریکی و تکنیک‌های صوتی می‌شوند. در روش دستی، نیروی انسانی و ابزارهای تمیزکننده به‌کار گرفته می‌شوند، در حالی که روش‌های خودکار بدون نیاز به مداخله‌ی انسانی عمل می‌کنند از جمله تکنیک‌های پیشرفته‌ای که در حال تحقیق و توسعه هستند می‌توان به تمیز کردن الکترواستاتیک، پوشش‌های فوق‌آب‌گریز و سامانه‌ی‌های خودکار مبتنی بر میکروکنترلر اشاره کرد.[8]

برخی از روش‌های نوآورانه شامل پاشش هوای فشرده همراه با پاک کردن با رولر است که نشان داده شده تولید انرژی را افزایش می‌دهد .محصولات تجاری موجود نیز از پایه‌های تلسکوپی با برس‌های تمیزکننده تا ربات‌های پیشرفته با قابلیت تمیز کردن خشک و مرطوب متغیر هستند. 

ربات‌های تمیزکننده به‌عنوان یک راه‌حل مؤثر برای افزایش بازدهی پنل‌های خورشیدی معرفی شده‌اند که مشکل تجمع گرد و غبار را حل می‌کنند، مشکلی که می‌تواند به‌طور قابل توجهی تولید برق را کاهش دهد .این سامانه‌ی‌های خودکار مزایای متعددی نسبت به روش‌های دستی تمیزکاری دارند، از جمله کاهش مصرف آب، کاهش زمان تمیزکاری و حذف تلاش انسانی  که در مکانیزم‌های مختلف تمیزکاری پیشنهاد شده است، مانند دمیدن هوا، پاشش مایعات، پاک‌کردن و برس‌زنی. برخی از ربات‌ها به‌صورت خود تأمین انرژی طراحی شده‌اند و از طریق فناوری اینترنت اشیاء (IoT) به‌صورت از راه دور کنترل می‌شوند که کارایی و سهولت استفاده آن‌ها را بیشتر می‌کند. [9]این سامانه‌ی‌های تمیزکننده قادر به کار بر روی پنل‌های خورشیدی در زوایای مختلف از افقی تا عمودی هستند و توانایی جابجایی روی سطح شیشه‌ای آرایه‌های پنل را دارند با اجرای تمیزکاری خودکار منظم، مزرعه‌های خورشیدی می‌توانند از کاهش بازدهی ۴۰-۵۰٪ ناشی از تجمع گرد و غبار جلوگیری کنند. [10]

ربات‌های تمیزکننده مزایای زیادی نسبت به روش‌های تمیزکاری سنتی دارند، از جمله توانایی کار مداوم، تمیزکاری دقیق‌تر و عملیات در محیط‌های خطرناک بدون ریسک قرار گرفتن انسان‌ها در معرض خطر. این ربات‌ها می‌توانند به ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند دوربین‌های خارجی برای تشخیص دقیق‌تر کثیفی‌ها مجهز شوند که باعث تمیزکاری مؤثرتر در مقایسه با روش‌های معمولی می‌شود طراحی‌های نوآورانه‌ای در حال توسعه هستند تا چالش‌های خاصی مانند تمیز کردن فضاهای باریک در بازارهای حساس به هزینه را حل کنند [11]. علاوه بر این، ربات‌های ویژه‌ای برای تمیزکاری نماهای دسترسی‌دشوار طراحی شده‌اند که از سامانه‌های حرکتی مختلفی مانند مکانیسم‌های راه‌رفتن، وسایل نقلیه‌ی چرخ‌دار و سامانه‌‌های مبتنی بر بالون استفاده می‌کنند .این پیشرفت‌ها در فناوری رباتیک تمیزکاری بهبودهایی در کارایی، صرفه‌جویی هزینه و ایمنی در مقایسه با روش‌های سنتی به‌ویژه در محیط‌های چالش‌برانگیز یا در دوران بحران‌های بهداشتی مانند پاندمی COVID-19 ارائه می‌دهند[12].

ربات‌های شسشتوی اتوماتیک پنل

این ربات ‌ایتالیایی با طولی بین 1 تا 16 متر و مجهز به یک باتری 12 ولتی طراحی شده‌ است که امکان استقرار خودکار آنها را فراهم می‌کند. همچنین، یک شلنگ آب برای مرطوب کردن پنل‌ها به ربات متصل می‌شود. این سامانه‌ یک فرآیند تمیزکاری مداوم و یکنواخت را ارائه می‌دهد با استفاده از حسگر باران و جت آب. این فناوری ماژولار بوده و امکان نظارت و مدیریت از راه دور را فراهم می‌کند.