मृदा (सौर ऊर्जा)

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मृदा सौर ऊर्जा प्रणालियों में प्रकाश एकत्रित करने वाली सतहों पर सामग्री का संचय है। संचित सामग्री ब्लॉक या बिखरने रे (ऑप्टिक्स) # सतहों के साथ इंटरेक्शन, जिससे विद्युत शक्ति आउटपुट में नुकसान होता है। विशिष्ट मृदा सामग्री में खनिज धूल, पक्षियों का मल, कवक, लाइकेन, पराग, इंजन निकास और कृषि वायु प्रदूषण शामिल हैं। गंदगी पारंपरिक फोटोवोल्टिक प्रणालियों, केंद्रित फोटोवोल्टिक्स और केंद्रित सौर ऊर्जा | केंद्रित सौर (थर्मल) ऊर्जा को प्रभावित करती है। हालांकि, गंदगी के परिणाम गैर-केंद्रित प्रणालियों की तुलना में ध्यान केंद्रित करने वाली प्रणालियों के लिए अधिक हैं।[1] ध्यान दें कि मलिनता संचय की प्रक्रिया और स्वयं संचित सामग्री दोनों को संदर्भित करता है।

मिट्टी के प्रभाव को कम करने के कई तरीके हैं। मिट्टीरोधी कोटिंग[2] सौर ऊर्जा परियोजनाओं के लिए सबसे महत्वपूर्ण समाधान है। लेकिन पानी की सफाई अब तक की सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक है, क्योंकि अतीत में एंटीसिलिंग कोटिंग्स का अभाव था। मिट्टी से होने वाले नुकसान एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में और क्षेत्रों के भीतर काफी हद तक भिन्न होते हैं। लगातार बारिश वाले क्षेत्रों में औसत मिट्टी-प्रेरित बिजली की हानि एक 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]


मलिनता का भौतिकी

मिट्टी आमतौर पर वायुजनित कणों के जमाव (एरोसोल भौतिकी) के कारण होती है, जिसमें खनिज धूल (सिलिका, धातु आक्साइड, लवण), पराग और कालिख शामिल है, लेकिन यह इन्हीं तक सीमित नहीं है। हालांकि, 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 biofilms की वृद्धि भी शामिल 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 हिस्से बिखर रहे हैं। बिखरने से प्रकाश विसरित हो जाता है, यानी 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 नुकसान एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में और क्षेत्रों के भीतर 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 नुकसान का जोखिम अधिक होता है। रेफरी नाम = मिशेल >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.</ref>

मृदा दर (नीचे परिभाषा देखें) मौसम से मौसम और स्थान से स्थान पर भिन्न होती है, लेकिन आमतौर पर 0%/दिन और 1%/दिन के बीच होती है।[1]हालांकि, 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 नुकसान में मिट्टी का महत्वपूर्ण योगदान हो सकता है। एक चरम उदाहरण के रूप में, हेलवान शहर (मिस्र) में एक फोटोवोल्टिक प्रणाली की गंदगी के कारण कुल नुकसान एक बिंदु पर 66% तक पहुंचने के लिए देखा गया।[9] हेलवान में गंदगी को पास के रेगिस्तान और स्थानीय उद्योग प्रदूषण से धूल के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। दुनिया के विभिन्न क्षेत्रों में मृदा प्रदूषण के खतरे का पता लगाने के लिए कई पहलें मौजूद हैं।[3][10][11] मिट्टी के नुकसान बारिश, तापमान, हवा, नमी और बादलों के आवरण जैसे मौसम संबंधी मापदंडों पर भी निर्भर करते हैं।[12] सबसे महत्वपूर्ण मौसम संबंधी कारक वर्षा की औसत आवृत्ति है,[13]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 नुकसान की संभावना कम होती है। हालांकि, हल्की बारिश और ओस भी कण आसंजन में वृद्धि कर सकती है, जिससे मिट्टी के नुकसान में वृद्धि हो सकती है।[12][14][15] कुछ जलवायु जैविक मलिनता के विकास के लिए अनुकूल हैं, लेकिन यह ज्ञात नहीं है कि निर्णायक कारक क्या हैं।[4]जलवायु और मौसम पर मिट्टी की निर्भरता एक जटिल मामला है। 2019 तक, मौसम संबंधी मापदंडों के आधार पर मिट्टी की दरों का सटीक अनुमान लगाना संभव नहीं है।[1]


मिट्टी के नुकसान की मात्रा निर्धारित करना

तकनीकी मानक IEC 67124-1 में परिभाषित मृदा अनुपात (SR) के साथ एक फोटोवोल्टिक प्रणाली में मिट्टी के स्तर को व्यक्त किया जा सकता है।[16] जैसा:

इसलिए, अगर कोई गंदगी नहीं है, और अगर , इतनी गंदगी है कि फोटोवोल्टिक प्रणाली में कोई उत्पादन नहीं होता है। मृदा हानि (एसएल) एक 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, आमतौर पर%/दिन में दी जाती है। ध्यान दें कि मिट्टी के बढ़ते नुकसान के मामले में अधिकांश स्रोत मिट्टी की दर को सकारात्मक होने के लिए परिभाषित करते हैं।[1][17][18] लेकिन कुछ स्रोत विपरीत चिह्न [NREL] का उपयोग करते हैं।[3]

आईईसी 67124-1 में फोटोवोल्टिक प्रणालियों में मृदा अनुपात को मापने की एक 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 डिवाइस के पावर आउटपुट के अनुपात से लगाया जाता है, अगर यह साफ था तो इसकी अपेक्षित पावर आउटपुट। अपेक्षित बिजली उत्पादन की गणना अंशांकन मूल्यों और मापे गए शार्ट सर्किट | शॉर्ट-सर्किट करंट ऑफ क्लीन डिवाइस का उपयोग करके की जाती है। इस सेटअप को मृदा माप स्टेशन या केवल मृदा स्टेशन के रूप में भी जाना जाता है।[13][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 नुकसान की मैपिंग के लिए एक परियोजना शुरू की गई थी।[3]यह प्रोजेक्ट सॉइलिंग स्टेशनों और फोटोवोल्टिक सिस्टम दोनों के डेटा पर आधारित है, और में प्रस्तावित विधि का उपयोग करता है [20]मृदा अनुपात और मृदा दर निकालने के लिए।

शमन तकनीक

मिट्टी के नुकसान को कम करने के लिए कई अलग-अलग विकल्प हैं, जिनमें साइट चयन से लेकर सफाई से लेकर विद्युत चुंबकत्व धूल हटाने तक शामिल हैं। इष्टतम शमन तकनीक मिट्टी के प्रकार, निक्षेपण (एरोसोल भौतिकी) दर, पानी की उपलब्धता, साइट की पहुंच और सिस्टम प्रकार पर निर्भर करती है।[1]उदाहरण के लिए, पारंपरिक फोटोवोल्टिक में केंद्रित सौर ऊर्जा की तुलना में अलग-अलग चिंताएँ शामिल हैं, फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन | बड़े पैमाने पर सिस्टम 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 सिस्टम में सौर ट्रैकर्स वाले सिस्टम की तुलना में अलग-अलग चिंताएँ शामिल हैं। सबसे आम शमन तकनीकें हैं:

  • साइट चयन और प्रणाली की रूपरेखा: साइट चयन और सिस्टम डिज़ाइन के दौरान सावधानीपूर्वक योजना बनाकर गंदगी के प्रभाव को कम किया जा सकता है। एक क्षेत्र के भीतर, 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।[13]एक अन्य महत्वपूर्ण कारक सौर पैनलों का ग्रेड (ढलान) है।[12]बड़े झुकाव वाले कोणों से कम गंदगी जमा होती है और बारिश की सफाई प्रभाव होने की संभावना अधिक होती है। इसे डिजाइन चरण में माना जाना चाहिए। यदि सिस्टम सौर ट्रैकर्स से लैस है, तो रात के दौरान सौर पैनलों (या संकेंद्रित सौर ऊर्जा के मामले में heliostats) को अधिकतम झुकाव कोण (या यदि संभव हो तो उल्टा) पर रखा जाना चाहिए।[1]संक्षेप में, गंदा होना सिस्टम डिजाइनरों के लिए चिंता का विषय है, न कि केवल सिस्टम ऑपरेटरों के लिए।[1]* सोलर पैनल डिजाइन: सोलर पैनल को मिट्टी के प्रभाव को कम करने के लिए डिजाइन 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 हिस्सों को पारित करने की अनुमति देते हैं) का उपयोग शामिल है।[1]भविष्य में, अर्ध-कोशिकाओं वाले और बिना फ्रेम वाले सौर पैनलों का अंश बढ़ने की उम्मीद है।[22] : इसका मतलब है कि भविष्य में सौर पैनलों को मिट्टी के नुकसान के प्रति अधिक प्रतिरोधी होने की उम्मीद की जा सकती है।
नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन)#गीली नक़्क़ाशी|गीले-रासायनिक रूप से उकेरे गए nanowire और सतह की पानी की बूंदों पर एक हाइड्रोफोबिक कोटिंग को 98% धूल के कणों को हटाने में सक्षम दिखाया गया था।[23][24]
  • सफाई: मिट्टी के नुकसान को कम करने के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला तरीका 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 शामिल होते हैं। इसके लिए कम पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है, लेकिन इसमें श्रम की उच्च लागत होती है। अर्ध-स्वचालित सफाई में सफाई में सहायता के लिए मशीनों का उपयोग करने वाले लोग शामिल होते हैं, आमतौर पर एक घूर्णन ब्रश से लैस ट्रैक्टर।[25] : इस दृष्टिकोण के लिए उच्च पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है, लेकिन इसमें मैनुअल सफाई की तुलना में श्रम की कम लागत शामिल होती है। पूरी तरह से स्वचालित सफाई में रोबोट का उपयोग शामिल है जो रात में सौर पैनलों को साफ करता है।[26] : इस दृष्टिकोण के लिए उच्चतम पूंजी लागत की आवश्यकता होती है, लेकिन इसमें रोबोट के रखरखाव के अलावा कोई शारीरिक श्रम शामिल नहीं है। तीनों विधियों में पानी का उपयोग हो भी सकता है और नहीं भी। आमतौर पर, पानी सफाई को अधिक कुशल बनाता है। हालांकि, अगर 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, यानी संभावना है कि सतह बारिश से साफ हो जाएगी।[27] :लेप को उत्पादन के दौरान 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 तकनीक को व्यापक रूप से नहीं अपनाया गया था, ज्यादातर स्थायित्व की कमी के कारण।[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 तकनीक व्यवहार्य है यदि धूल को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा मिट्टी के नुकसान को कम करके प्राप्त ऊर्जा से कम है। 2019 तक, इस तकनीक का प्रयोगशाला में प्रदर्शन किया जा चुका है, लेकिन यह अभी भी क्षेत्र में सिद्ध होना बाकी है।[1]* इलेक्ट्रोस्टैटिक धूल हटाने[28][29]


आर्थिक परिणाम

सफाई की लागत इस बात पर निर्भर करती है कि किस सफाई तकनीक का उपयोग किया गया है और दिए गए स्थान पर श्रम की लागत क्या है। इसके अलावा, बड़े पैमाने के बिजलीघर और रूफटॉप फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन के बीच अंतर है। बड़े पैमाने पर सिस्टम की सफाई की लागत 0.015 यूरो/मीटर से भिन्न होती है2 सबसे सस्ते देशों में 0.9 यूरो/मीटर2 नीदरलैंड में सौर ऊर्जा में।[1]रूफटॉप सिस्टम की सफाई की लागत 0.06 यूरो/मीटर जितनी कम बताई गई है2 चीन में सौर ऊर्जा में, और 8 यूरो/मीटर जितना अधिक2 नीदरलैंड में।[1]

मिट्टी से प्रभावित सौर ऊर्जा उपकरणों में बिजली उत्पादन कम हो जाता है। मिट्टी के नुकसान को कम करने के लिए पैसा खर्च किया जाता है या नहीं, गंदे होने से सिस्टम के मालिकों के लिए राजस्व कम हो जाता है। राजस्व हानि की भयावहता ज्यादातर मिट्टी के शमन की लागत, 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 तहत 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 लागत (बिजली के नुकसान और शमन लागत 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 सिस्टम टाइम-सीरीज़ डेटा से सीधे बिजली की हानि, ऊर्जा की हानि और मिट्टी के कारण होने वाले आर्थिक नुकसान को प्राप्त करने की एक विधि पर चर्चा की गई है। [30] जो पीवी संपत्ति के मालिकों को पैनलों को समय पर साफ करने में मदद कर सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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