मृदा (सौर ऊर्जा): Difference between revisions

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* [https://www.nrel.gov/pv/soiling.html Photovoltaic Module Soiling Map (US)]
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मृदा सौर ऊर्जा प्रणालियों में प्रकाश एकत्रित करने वाली सतहों पर पदार्थ का संचय है। संचित पदार्थ ब्लॉक या बिखरने रे (ऑप्टिक्स) सतहों के साथ इंटरेक्शन, जिससे विद्युत बल आउटपुट में हानि होता है। विशिष्ट मृदा पदार्थ में खनिज धूल, पक्षियों का मल, कवक, लाइकेन, पराग, इंजन निकास और कृषि वायु प्रदूषण सम्मिलित हैं। गंदगी पारंपरिक फोटोवोल्टिक प्रणालियों, केंद्रित फोटोवोल्टिक और केंद्रित सौर ऊर्जा को प्रभावित करती है। चूँकि, गंदगी के परिणाम गैर-केंद्रित प्रणालियों की तुलना में ध्यान केंद्रित करने वाली प्रणालियों के लिए अधिक हैं।[1] ध्यान दें कि मृदा संचय की प्रक्रिया और स्वयं संचित पदार्थ दोनों को संदर्भित करता है।

मिट्टी के प्रभाव को कम करने के कई विधि हैं। मिट्टीरोधी कोटिंग [2] सौर ऊर्जा परियोजनाओं के लिए सबसे महत्वपूर्ण समाधान है। किन्तु पानी की सफाई अब तक की सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि है | क्योंकि अतीत में एंटीसिलिंग कोटिंग्स का अभाव था। मिट्टी से होने वाले हानि एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में और क्षेत्रों के अंदर अधिक भिन्न होते हैं। लगातार बारिश वाले क्षेत्रों में औसत मिट्टी-प्रेरित बिजली की हानि प्रतिशत से कम हो सकती है।[3] 2018 तक, मिट्टी के कारण अनुमानित वैश्विक औसत वार्षिक बिजली हानि 5% से 10% प्रतिशत है। अनुमानित मृदा-प्रेरित राजस्व हानि 3 - 5 बिलियन यूरो है।[1]

मृदा का भौतिकी

मिट्टी सामान्यतः वायुजनित कणों के जमाव (एरोसोल भौतिकी) के कारण होती है | जिसमें खनिज धूल (सिलिका, धातु आक्साइड, लवण), पराग और कालिख सम्मिलित है | किन्तु यह इन्हीं तक सीमित नहीं है। चूँकि, गंदगी में बर्फ, बर्फ, ठंढ, विभिन्न प्रकार के उद्योग प्रदूषण, सल्फ्यूरिक एसिड समतापमंडलीय एरोसोल, पक्षी मल, गिरने वाले पत्ते, पशु चारा धूल, और शैवाल, काई, कवक, लाइकेन, या जीवाणु के बायोफिल्म्स की वृद्धि भी सम्मिलित है।[1][4] इनमें से कौन सा मृदा तंत्र सबसे प्रमुख है | यह स्थान पर निर्भर करता है।

मिट्टी या तो प्रकाश को पूरी तरह से अवरुद्ध कर देती है | (कठोर छायांकन), या यह कुछ धूप (नरम छायांकन) के माध्यम से जाने देती है। नरम छायांकन के साथ, संप्रेषण प्रकाश के भाग बिखर रहे हैं। बिखरने से प्रकाश विसरित हो जाता है | अर्थात किरणें कई अलग-अलग दिशाओं में जाती हैं। जबकि पारंपरिक फोटोवोल्टिक्स विसरित प्रकाश के साथ अच्छी तरह से काम करता है | केंद्रित सौर ऊर्जा और केंद्रित फोटोवोल्टिक्स केवल सूर्य से सीधे आने वाले (समांतरित) प्रकाश पर निर्भर करता है। इस कारण से, पारंपरिक फोटोवोल्टिक्स की तुलना में केंद्रित सौर ऊर्जा गंदगी के प्रति अधिक संवेदनशील है। फोटोवोल्टिक की तुलना में केंद्रित सौर ऊर्जा के लिए विशिष्ट मिट्टी-प्रेरित बिजली हानि 8-14 गुना अधिक है।[5]

भूगोल और मौसम विज्ञान का प्रभाव

मिट्टी से होने वाले हानि एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में और क्षेत्रों के अंदर बहुत भिन्न होते हैं।[3][6][7][8]

मिट्टी जमा होने की दर भौगोलिक कारकों जैसे रेगिस्तान, कृषि, उद्योग और सड़कों से निकटता पर निर्भर करती है | क्योंकि ये वायुजनित कणों के स्रोत होने की संभावना है। यदि कोई स्थान हवाई कणों के स्रोत के करीब है, तो मिट्टी के हानि का कठिन परिस्थिति अधिक होता है।

[9]

मृदा दर (नीचे परिभाषा देखें) मौसम से मौसम और स्थान से स्थान पर भिन्न होती है | किन्तु सामान्यतः 0%/दिन और 1%/दिन के बीच होती है।[1] चूँकि, चीन में पारंपरिक फोटोवोल्टिक के लिए औसत जमा दर 2.5% / दिन जितनी अधिक देखी गई है।[1] केंद्रित सौर ऊर्जा के लिए, मृदा दर 5% दिन के रूप में उच्च देखी गई है ।[1] उच्च मिट्टी की दर वाले क्षेत्रों में, बिजली के हानि में मिट्टी का महत्वपूर्ण योगदान हो सकता है। चरम उदाहरण के रूप में, हेलवान शहर (मिस्र) में फोटोवोल्टिक प्रणाली की गंदगी के कारण कुल हानि एक बिंदु पर 66% तक पहुंचने के लिए देखा गया है।[10] हेलवान में गंदगी को पास के रेगिस्तान और स्थानीय उद्योग प्रदूषण से धूल के लिए उत्तरदायी ठहराया गया था। संसार के विभिन्न क्षेत्रों में मृदा प्रदूषण के खतरे का पता लगाने के लिए कई पहलें उपस्थित हैं।[3][11][12]

मिट्टी के हानि बारिश, तापमान, हवा, नमी और बादलों के आवरण जैसे मौसम संबंधी मापदंडों पर भी निर्भर करते हैं।[13] सबसे महत्वपूर्ण मौसम संबंधी कारक वर्षा की औसत आवृत्ति है,[9] चूँकि बारिश सौर पैनलों/हेलिओस्टेट की गंदगी को धो सकती है। यदि किसी दिए गए स्थान पर पूरे वर्ष लगातार बारिश होती है, तो मिट्टी के हानि की संभावना कम होती है। चूँकि हल्की बारिश और ओस भी कण आसंजन में वृद्धि कर सकती है | जिससे मिट्टी के हानि में वृद्धि हो सकती है।[13][14][15]

कुछ जलवायु जैविक मृदा के विकास के लिए अनुकूल हैं | किन्तु यह ज्ञात नहीं है कि निर्णायक कारक क्या हैं। [4] जलवायु और मौसम पर मिट्टी की निर्भरता जटिल स्थिति है। 2019 तक, मौसम संबंधी मापदंडों के आधार पर मिट्टी की दरों का स्पष्ट अनुमान लगाना संभव नहीं है।[1]






मिट्टी के हानि की मात्रा निर्धारित करना

विधि मानक आईईसी 67124-1 में परिभाषित मृदा अनुपात (एसआर) के साथ फोटोवोल्टिक प्रणाली में मिट्टी के स्तर को व्यक्त किया जा सकता है।[16]

जैसा:

इसलिए, यदि कोई गंदगी नहीं है, और यदि , इतनी गंदगी है कि फोटोवोल्टिक प्रणाली में कोई उत्पादन नहीं होता है। मृदा हानि (एसएल) वैकल्पिक मीट्रिक है | जिसे इस रूप में परिभाषित किया गया है | 

. सॉइलिंग लॉस, सॉइलिंग के कारण खोई गई ऊर्जा के अंश का प्रतिनिधित्व करता है।

मृदा जमाव (एरोसोल भौतिकी) दर (या मृदा दर) मृदा हानि के परिवर्तन की दर (गणित) है, सामान्यतः%/दिन में दी जाती है। ध्यान दें कि मिट्टी के बढ़ते हानि के स्थिति में अधिकांश स्रोत मिट्टी की दर को सकारात्मक होने के लिए परिभाषित करते हैं।[1][17][18] किन्तु कुछ स्रोत विपरीत चिह्न (एनआरईएल) का उपयोग करते हैं।[3]

आईईसी 67124-1 में फोटोवोल्टिक प्रणालियों में मृदा अनुपात को मापने की प्रक्रिया दी गई है।[16] यह मानक प्रस्तावित करता है कि दो सौर पेनल का उपयोग किया जाता है | जहां एक को मिट्टी जमा करने के लिए छोड़ दिया जाता है और दूसरे को साफ रखा जाता है। मृदुकरण अनुपात का अनुमान गंदी उपकरण के पावर आउटपुट के अनुपात से लगाया जाता है | यदि यह साफ था तो इसकी अपेक्षित पावर आउटपुट अपेक्षित बिजली उत्पादन की गणना अंशांकन मूल्यों और मापे गए शार्ट परिपथ करंट ऑफ क्लीन उपकरण का उपयोग करके की जाती है। इस सेटअप को मृदा माप स्टेशन या केवल मृदा स्टेशन के रूप में भी जाना जाता है।[9][19]

समर्पित सॉइलिंग स्टेशनों के उपयोग के बिना फोटोवोल्टिक प्रणालियों के सॉइलिंग अनुपात और सॉइलिंग डिपोजिशन दरों का अनुमान लगाने वाली विधियाँ प्रस्तावित की गई हैं।[17][20][21] ये प्रक्रियाएँ फोटोवोल्टिक प्रणालियों के प्रदर्शन के आधार पर मिट्टी के अनुपात का अनुमान लगाती हैं। 2017 में पूरे संयुक्त राज्य में मिट्टी के हानि की मैपिंग के लिए परियोजना प्रारंभ की गई थी।[3] यह प्रोजेक्ट सॉइलिंग स्टेशनों और फोटोवोल्टिक प्रणाली दोनों के डेटा पर आधारित है, और में प्रस्तावित विधि का उपयोग करता है [20] मृदा अनुपात और मृदा दर निकालने के लिए किया जाता है।

न्यूनीकरण विधि

मिट्टी के हानि को कम करने के लिए कई अलग-अलग विकल्प हैं,| जिनमें साइट चयन से लेकर सफाई से लेकर विद्युत चुंबकत्व धूल हटाने तक सम्मिलित हैं। इष्टतम न्यूनीकरण विधि मिट्टी के प्रकार, निक्षेपण (एरोसोल भौतिकी) दर, पानी की उपलब्धता, साइट की पहुंच और प्रणाली प्रकार पर निर्भर करती है।[1] उदाहरण के लिए, पारंपरिक फोटोवोल्टिक में केंद्रित सौर ऊर्जा की तुलना में अलग-अलग चिंताएँ सम्मिलित हैं | फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन बड़े मापदंड पर प्रणाली छोटे छत वाले फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन की तुलना में अलग-अलग चिंताओं के लिए कॉल करते हैं | रूफटॉप फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन फिक्स्ड एरेज़ के साथ प्रणाली में सौर ट्रैकर वाले प्रणाली की तुलना में अलग-अलग चिंताएँ सम्मिलित हैं। सबसे सामान्य न्यूनीकरण विधि हैं |

  • साइट चयन और प्रणाली की रूपरेखा: साइट चयन और प्रणाली रचना के समय सावधानीपूर्वक योजना बनाकर गंदगी के प्रभाव को कम किया जा सकता है। एक क्षेत्र के अंदर, मृदा निक्षेपण दरों में बड़े अंतर हो सकते हैं।[8] मिट्टी जमा करने की दर में स्थानीय परिवर्तनशीलता मुख्य रूप से सड़कों, कृषि और उद्योग की निकटता के साथ-साथ प्रमुख हवा की दिशा से तय होती है।[9] एक अन्य महत्वपूर्ण कारक सौर पैनलों का ग्रेड (ढलान) है।[13] बड़े झुकाव वाले कोणों से कम गंदगी जमा होती है और बारिश की सफाई प्रभाव होने की संभावना अधिक होती है। इसे रचना चरण में माना जाना चाहिए। यदि प्रणाली सौर ट्रैकर्स से लैस है, तो रात के समय सौर पैनलों (या संकेंद्रित सौर ऊर्जा के स्थिति में हेलियोस्टेट) को अधिकतम झुकाव कोण (या यदि संभव हो तो उल्टा) पर रखा जाना चाहिए।[1] संक्षेप में, गंदा होना प्रणाली डिजाइनरों के लिए कठिनाई का विषय है, न कि केवल प्रणाली संचालको के लिए। [1] सोलर पैनल को मिट्टी के प्रभाव को कम करने के लिए रचना किया जा सकता है। इसमें छोटे सौर सेल (जैसे अर्ध-सेल), फ्रेम के बिना पैनल (किनारों पर गंदगी संग्रह से बचना), या वैकल्पिक विद्युत विन्यास (जैसे अधिक बाईपास डायोड जो पैनल के गंदे भागो को पारित करने की अनुमति देते हैं) का उपयोग सम्मिलित है।[1] भविष्य में, अर्ध-कोशिकाओं वाले और बिना फ्रेम वाले सौर पैनलों का अंश बढ़ने की उम्मीद है।[22]: इसका कारण है कि भविष्य में सौर पैनलों को मिट्टी के हानि के प्रति अधिक प्रतिरोधी होने की उम्मीद की जा सकती है।
नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन) गीली नक़्क़ाशी गीले-रासायनिक रूप से उकेरे गए नैनोवायर और सतह की पानी की बूंदों पर हाइड्रोफोबिक कोटिंग को 98% धूल के कणों को हटाने में सक्षम दिखाया गया था।[23][24]
  • सफाई: मिट्टी के हानि को कम करने के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाली विधि सौर पैनलों/हेलिओस्टेट की सफाई करना है। सफाई मैनुअल, अर्ध-स्वचालित या पूरी तरह से स्वचालित हो सकती है। मैनुअल सफाई में ब्रश या पोछे का उपयोग करने वाले लोग सम्मिलित होते हैं। इसके लिए कम पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है, किन्तु इसमें श्रम की उच्च निवेश होती है। अर्ध-स्वचालित सफाई में सफाई में सहायता के लिए मशीनों का उपयोग करने वाले लोग सम्मिलित होते हैं,| सामान्यतः घूर्णन ब्रश से लैस ट्रैक्टर [25] इस दृष्टिकोण के लिए उच्च पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है | किन्तु इसमें मैनुअल सफाई की तुलना में श्रम की कम निवेश सम्मिलित होती है। पूरी तरह से स्वचालित सफाई में रोबोट का उपयोग सम्मिलित है | जो रात में सौर पैनलों को साफ करता है।[26] इस दृष्टिकोण के लिए उच्चतम पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है, किन्तु इसमें रोबोट के रखरखाव के अतिरिक्त कोई शारीरिक श्रम सम्मिलित नहीं है। तीनों विधियों में पानी का उपयोग हो भी सकता है और नहीं भी। सामान्यतः, पानी सफाई को अधिक उत्तम बनाता है। चूँकि, यदि पानी पानी की कमी है या दिए गए स्थल पर महंगा संसाधन है, तो ड्राई क्लीनिंग को प्राथमिकता दी जा सकती है।[4] सफाई की विशिष्ट लागतों के लिए आर्थिक परिणाम देखें।
  • मृदा-रोधी कोटिंग्स: मृदा-रोधी कोटिंग्स ऐसे आवरण होते हैं | जिन्हें धूल और गंदगी के आसंजन को कम करने के लिए सौर पैनलों या हेलियोस्टेट की सतह पर लगाया जाता है। कुछ मिट्टी-विरोधी कोटिंग्स स्वयं-सफाई गुणों को बढ़ाने के लिए होती हैं, अर्थात संभावना है कि सतह बारिश से साफ हो जाएगी।[27] लेप को उत्पादन के समय पैनलों/दर्पणों पर लगाया जा सकता है या उन्हें स्थापित करने के बाद रेट्रोफिट किया जा सकता है। 2019 तक, किसी भी विशेष एंटी-सॉइलिंग विधि को व्यापक रूप से नहीं अपनाया गया था, अधिकतर स्थायित्व की कमी के कारण होता है।[1]
  • इलेक्ट्रोडायनामिक स्क्रीन: इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म स्क्रीन तारों के संचालन के ग्रिड होते हैं | जो सौर पैनलों या हेलीओस्टैट की सतह में एकीकृत होते हैं। ग्रिड में वैकल्पिक वोल्टेज लगाकर समय-भिन्न विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र स्थापित किए जाते हैं। क्षेत्र जमा कणों के साथ संपर्क करता है, उन्हें सतह से दूर ले जाता है। यह विधि व्यवहार्य है | यदि धूल को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा मिट्टी के हानि को कम करके प्राप्त ऊर्जा से कम है। 2019 तक, इस विधि का प्रयोगशाला में प्रदर्शन किया जा चुका है, किन्तु यह अभी भी क्षेत्र में सिद्ध होना बाकी है।[1] [28][29]

आर्थिक परिणाम

सफाई की निवेश इस बात पर निर्भर करती है कि किस सफाई विधि का उपयोग किया गया है और दिए गए स्थान पर श्रम की निवेश क्या है। इसके अतिरिक्त, बड़े मापदंड के बिजलीघर और रूफटॉप फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन के बीच अंतर है। बड़े मापदंड पर प्रणाली की सफाई की निवेश 0.015 यूरो/मीटर2 से भिन्न होती है | सबसे सस्ते देशों में 0.9 यूरो/मीटर2 नीदरलैंड में सौर ऊर्जा में [1] रूफटॉप प्रणाली की सफाई की निवेश 0.06 यूरो/मीटर2 जितनी कम बताई गई है | चीन में सौर ऊर्जा में, और 8 यूरो/मीटर2 जितना अधिक नीदरलैंड में होता है।[1]

मिट्टी से प्रभावित सौर ऊर्जा उपकरणों में बिजली उत्पादन कम हो जाता है। मिट्टी के हानि को कम करने के लिए पैसा खर्च किया जाता है या नहीं, गंदे होने से प्रणाली के मालिकों के लिए राजस्व कम हो जाता है। राजस्व हानि की भयावहता अधिकतर मिट्टी के न्यूनीकरण की निवेश, मिट्टी जमा करने की दर और दिए गए स्थान पर बारिश की आवृत्ति पर निर्भर करती है। इल्से एट अल 2018 में वैश्विक औसत वार्षिक मृदा हानि 3% और 4% के बीच होने का अनुमान है।[1] यह अनुमान इस धारणा के अनुसार लगाया गया था कि सभी सौर ऊर्जा प्रणालियों को इष्टतम निश्चित आवृत्ति से साफ किया जाता है। इस अनुमान के आधार पर, 2018 में गंदगी की कुल निवेश (बिजली के हानि और न्यूनीकरण निवेश सहित) 3 से 5 बिलियन यूरो के बीच आंकी गई थी।[1] यह 2023 तक 4 से 7 बिलियन यूरो के बीच बढ़ सकता है ।[1] पीवी रिमोट मॉनिटरिंग प्रणाली टाइम-सीरीज़ डेटा से सीधे बिजली की हानि, ऊर्जा की हानि और मिट्टी के कारण होने वाले आर्थिक हानि को प्राप्त करने की विधि पर चर्चा की गई है। [30] जो पीवी संपत्ति के मालिकों को पैनलों को समय पर साफ करने में सहायता कर सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 Ilse K, Micheli L, Figgis BW, Lange K, Dassler D, Hanifi H, Wolfertstetter F, Naumann V, Hagendorf C, Gottschalg R, Bagdahn J (2019). "सौर ऊर्जा उत्पादन के लिए मिट्टी के नुकसान और शमन रणनीतियों का तकनीकी-आर्थिक आकलन". Joule. 3 (10): 2303–2321. doi:10.1016/j.joule.2019.08.019.
  2. ↑ "घर". radsglobal.nl.
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 "Photovoltaic Module Soiling Map". National Renewable Energy Laboratory. 2017-10-11. Retrieved 2020-12-03.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 Toth S, et al. (2018). "Soiling and cleaning: Initial observations from 5-year photovoltaic glass coating durability study". Solar Energy Materials and Solar Cells. 185: 375–384. doi:10.1016/j.solmat.2018.05.039. hdl:11573/1625593. OSTI 1458821. S2CID 103082921. Retrieved 2020-12-10.
  5. ↑ Bellmann P, et al. (2020). "Comparative modeling of optical soiling losses for CSP and PV energy systems". Solar Energy. 197: 229–237. Bibcode:2020SoEn..197..229B. doi:10.1016/j.solener.2019.12.045. S2CID 214380908. Retrieved 2020-12-04.
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  7. ↑ Boyle L, et al. (2017). "Regional and National Scale Spatial Variability of Photovoltaic Cover Plate Soiling and Subsequent Solar Transmission Losses". IEEE Journal of Photovoltaics. 7 (5): 1354–1361. doi:10.1109/JPHOTOV.2017.2731939.
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  9. ↑ 9.0 9.1 9.2 9.3 Micheli L, Muller M (2017). "An investigation of the key parameters for predicting PV soiling losses". Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 25 (4): 291–307. doi:10.1002/pip.2860.
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  15. ↑ Ilse K, et al. (2018). "Dew as a Detrimental Influencing Factor for Soiling of PV Modules". IEEE Journal of Photovoltaics. 9 (1): 287–294. doi:10.1109/JPHOTOV.2018.2882649. S2CID 56718679. Retrieved 2018-12-12.
  16. ↑ 16.0 16.1 IEC 61724-1:2017 – Photovoltaic system performance – Part 1: Monitoring (1.0 ed.). International Electrotechnical Commission (IEC). 2017.
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बाहरी संबंध

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