کاربردها و شیوه‌های نوآورانه دستگاه‌های تمیزکننده پنل فتوولتائیک در عربستان سعودی

عربستان سعودی، به عنوان یکی از کشورهایی که فراوان‌ترین منابع انرژی خورشیدی را در سطح جهان دارد، به شدت در حال توسعه صنعت تولید برق فتوولتائیک خود برای پیشبرد تحول در ساختار انرژی است. با این حال، طوفان‌های شن مکرر در مناطق بیابانی باعث تجمع شدید گرد و غبار روی سطوح پنل‌های فتوولتائیک می‌شود و به طور قابل توجهی راندمان تولید برق را کاهش می‌دهد - عاملی کلیدی که مزایای اقتصادی نیروگاه‌های خورشیدی را محدود می‌کند. این مقاله به طور سیستماتیک وضعیت فعلی کاربرد دستگاه‌های تمیزکننده پنل‌های فتوولتائیک در عربستان سعودی را تجزیه و تحلیل می‌کند و بر چگونگی مقابله راه‌حل‌های هوشمند تمیزکننده توسعه‌یافته توسط شرکت‌های فناوری چینی با چالش‌های محیط‌های بیابانی شدید تمرکز دارد. از طریق مطالعات موردی متعدد، مزایای فنی و مزایای اقتصادی آنها را نشان می‌دهد. از ساحل دریای سرخ تا شهر NEOM و از آرایه‌های فتوولتائیک ثابت سنتی گرفته تا سیستم‌های ردیابی، این دستگاه‌های تمیزکننده هوشمند با راندمان بالا، ویژگی‌های صرفه‌جویی در مصرف آب و قابلیت‌های اتوماسیون، مدل‌های نگهداری فتوولتائیک عربستان را تغییر شکل می‌دهند و در عین حال الگوهای فناوری قابل تکرار را برای توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر در سراسر خاورمیانه ارائه می‌دهند.

چالش‌های گرد و غبار و نیازهای نظافتی در صنعت فتوولتائیک عربستان سعودی

عربستان سعودی با داشتن ساعات آفتابی سالانه بیش از ۳۰۰۰ ساعت و پتانسیل نظری تولید برق فتوولتائیک به ۲۲۰۰ تراوات ساعت در سال، از منابع انرژی خورشیدی استثنایی برخوردار است و این کشور را به یکی از مناطق امیدوارکننده در سطح جهان برای توسعه فتوولتائیک تبدیل می‌کند. عربستان سعودی با تکیه بر استراتژی ملی «چشم‌انداز ۲۰۳۰»، در حال تسریع استقرار انرژی‌های تجدیدپذیر خود است و تا سال ۲۰۳۰، ۵۸.۷ گیگاوات ظرفیت تجدیدپذیر را هدف قرار داده است که بخش عمده آن را انرژی فتوولتائیک خورشیدی تشکیل می‌دهد. با این حال، اگرچه زمین‌های بیابانی وسیع عربستان سعودی فضای کافی برای نیروگاه‌های خورشیدی فراهم می‌کند، اما چالش‌های عملیاتی منحصر به فردی نیز دارد - تجمع گرد و غبار که منجر به کاهش راندمان می‌شود.

تحقیقات نشان می‌دهد که در برخی از مناطق شبه‌جزیره عربستان، پنل‌های فتوولتائیک می‌توانند به دلیل آلودگی گرد و غبار، 0.4 تا 0.8 درصد از تولید برق روزانه خود را از دست بدهند و این میزان در طول طوفان‌های شن شدید می‌تواند به بیش از 60 درصد برسد. این کاهش راندمان مستقیماً بر بازده اقتصادی نیروگاه‌های فتوولتائیک تأثیر می‌گذارد و تمیز کردن ماژول را به یکی از اجزای اصلی نگهداری فتوولتائیک در بیابان تبدیل می‌کند. گرد و غبار از طریق سه مکانیسم اصلی بر پنل‌های فتوولتائیک تأثیر می‌گذارد: اول، ذرات گرد و غبار نور خورشید را مسدود می‌کنند و جذب فوتون توسط سلول‌های خورشیدی را کاهش می‌دهند. دوم، لایه‌های گرد و غبار موانع حرارتی تشکیل می‌دهند که دمای ماژول را افزایش داده و راندمان تبدیل را بیشتر کاهش می‌دهند. و سوم، اجزای خورنده موجود در برخی از گرد و غبارها می‌توانند باعث آسیب طولانی مدت به سطوح شیشه‌ای و قاب‌های فلزی شوند.

شرایط آب و هوایی منحصر به فرد عربستان سعودی این مشکل را تشدید می‌کند. منطقه ساحلی دریای سرخ در غرب عربستان سعودی نه تنها گرد و غبار شدید، بلکه هوای بسیار شوری را نیز تجربه می‌کند که منجر به مخلوط‌های چسبنده نمک و گرد و غبار روی سطوح ماژول‌ها می‌شود. منطقه شرقی با طوفان‌های شن مکرری روبرو است که می‌توانند لایه‌های ضخیمی از گرد و غبار را در مدت کوتاهی روی پنل‌های فتوولتائیک رسوب دهند. علاوه بر این، عربستان سعودی از کمبود شدید آب رنج می‌برد، به طوری که 70 درصد از آب آشامیدنی آن به نمک‌زدایی متکی است و روش‌های سنتی شستشوی دستی را پرهزینه و ناپایدار می‌کند. این عوامل در مجموع تقاضای فوری برای راه‌حل‌های خودکار و کم‌مصرف برای تمیز کردن پنل‌های فتوولتائیک ایجاد می‌کنند.

جدول: مقایسه ویژگی‌های آلودگی پنل‌های فتوولتائیک در مناطق مختلف عربستان سعودی

با توجه به این نقطه ضعف صنعت، بازار فتوولتائیک عربستان سعودی در حال گذار از تمیزکاری دستی به تمیزکاری هوشمند و خودکار است. روش‌های دستی سنتی محدودیت‌های آشکاری را در عربستان سعودی نشان می‌دهند: از یک سو، مناطق بیابانی دورافتاده، هزینه‌های نیروی کار را به طرز چشمگیری بالا می‌برند؛ از سوی دیگر، کمبود آب مانع از استفاده گسترده از شستشوی فشار قوی می‌شود. برآوردها نشان می‌دهد که در نیروگاه‌های دورافتاده، هزینه‌های تمیزکاری دستی می‌تواند سالانه به ۱۲۰۰۰ دلار در هر مگاوات برسد، و مصرف بالای آب با استراتژی‌های صرفه‌جویی در مصرف آب عربستان سعودی در تضاد است. در مقابل، ربات‌های تمیزکننده خودکار مزایای قابل توجهی را نشان می‌دهند و بیش از ۹۰٪ از هزینه‌های نیروی کار را صرفه‌جویی می‌کنند و در عین حال مصرف آب را از طریق کنترل دقیق دفعات و شدت تمیزکاری بهینه می‌کنند.

دولت و بخش خصوصی عربستان سعودی اهمیت فناوری‌های هوشمند نظافت را درک می‌کنند و به صراحت راهکارهای خودکار را در برنامه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREP) تشویق می‌کنند. این جهت‌گیری سیاستی، پذیرش ربات‌های نظافتچی را در بازارهای فتوولتائیک عربستان سعودی تسریع کرده است. شرکت‌های فناوری چینی، با محصولات بالغ و تجربه گسترده در کاربرد در بیابان، به تأمین‌کنندگان پیشرو در بازار نظافت فتوولتائیک عربستان سعودی تبدیل شده‌اند. به عنوان مثال، Renoglean Technology، شریک اکوسیستم Sungrow، بیش از ۱۳ گیگاوات سفارش ربات نظافتچی در خاورمیانه را تضمین کرده و به عنوان رهبر بازار در عربستان سعودی برای راهکارهای هوشمند نظافت ظهور کرده است.

از منظر توسعه فناوری، بازار پاکسازی فتوولتائیک عربستان سعودی سه روند واضح را نشان می‌دهد: اول، تکامل از پاکسازی تک‌کاره به سمت عملیات یکپارچه، با ربات‌هایی که به طور فزاینده‌ای قابلیت‌های بازرسی و تشخیص نقاط داغ را در خود جای می‌دهند؛ دوم، تغییر از راه‌حل‌های وارداتی به سازگاری‌های محلی، با محصولات سفارشی‌شده برای آب و هوای عربستان؛ و سوم، پیشرفت از عملیات مستقل به همکاری سیستمی، ادغام عمیق با سیستم‌های ردیابی و پلتفرم‌های هوشمند بهره‌برداری و نگهداری. این روندها در مجموع، نگهداری فتوولتائیک عربستان سعودی را به سمت توسعه هوشمند و کارآمد سوق می‌دهند و تضمین فنی برای دستیابی به اهداف انرژی تجدیدپذیر تحت "چشم‌انداز 2030" را فراهم می‌کنند.

ویژگی‌های فنی و ترکیب سیستم ربات‌های تمیزکننده فتوولتائیک

ربات‌های نظافت هوشمند فتوولتائیک، به عنوان راه‌حل‌های فناورانه برای محیط‌های بیابانی عربستان سعودی، نوآوری‌های مهندسی مکانیک، علوم مواد و فناوری‌های اینترنت اشیا را ادغام می‌کنند. در مقایسه با روش‌های سنتی نظافت، سیستم‌های رباتیک مدرن مزایای فنی قابل توجهی را نشان می‌دهند و طرح‌های اصلی آنها حول چهار هدف می‌چرخد: حذف کارآمد گرد و غبار، صرفه‌جویی در مصرف آب، کنترل هوشمند و قابلیت اطمینان. در شرایط آب و هوایی شدید بیابانی عربستان سعودی، این ویژگی‌ها به ویژه حیاتی هستند و مستقیماً بر هزینه‌های نگهداری بلندمدت و درآمد تولید برق تأثیر می‌گذارند.

از دیدگاه مکانیکی، ربات‌های نظافتچی برای بازار عربستان سعودی عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند: نصب شده روی ریل و خودکششی. ربات‌های نصب شده روی ریل معمولاً به تکیه‌گاه‌های آرایه فتوولتائیک متصل می‌شوند و از طریق ریل یا سیستم‌های کابلی به پوشش کامل سطح دست می‌یابند - که برای نیروگاه‌های بزرگ زمینی ایده‌آل است. ربات‌های خودکششی قابلیت تحرک بیشتری دارند و برای فتوولتائیک‌های پشت بامی توزیع‌شده یا زمین‌های پیچیده مناسب هستند. برای ماژول‌های دوطرفه و سیستم‌های ردیابی که به طور گسترده در عربستان سعودی استفاده می‌شوند، تولیدکنندگان پیشرو مانند Renoglean ربات‌های تخصصی با «فناوری پل» منحصر به فردی را توسعه داده‌اند که هماهنگی پویا بین سیستم‌های نظافت و مکانیسم‌های ردیابی را ممکن می‌سازد و حتی در صورت تنظیم زاویه آرایه‌ها، نظافت مؤثر را تضمین می‌کند.

اجزای اصلی مکانیزم‌های نظافت شامل برس‌های چرخان، دستگاه‌های جمع‌آوری گرد و غبار، سیستم‌های محرک و واحدهای کنترل است. تقاضای بازار عربستان سعودی باعث نوآوری مداوم در این بخش‌ها شده است: برس‌های فوق ریز و کامپوزیتی فیبر کربنی به طور موثری گرد و غبار نمکی چسبنده را بدون خراشیدن سطوح ماژول از بین می‌برند؛ یاتاقان‌های خود روان‌کننده و موتورهای آب‌بندی شده، قابلیت اطمینان طولانی مدت را در محیط‌های شنی تضمین می‌کنند؛ دمنده‌های هوای فشار قوی یکپارچه، آلودگی‌های سرسخت را از بین می‌برند و در عین حال مصرف آب را به حداقل می‌رسانند. مدل PR200 شرکت Renoglean حتی دارای یک سیستم برس «خود تمیزشونده» است که به طور خودکار گرد و غبار جمع شده را در حین کار از بین می‌برد و عملکرد نظافت مداوم را حفظ می‌کند.

• حذف کارآمد گرد و غبار: راندمان تمیز کردن >99.5٪، سرعت عملکرد 15-20 متر در دقیقه
• کنترل هوشمند: پشتیبانی از نظارت از راه دور اینترنت اشیا، فرکانس و مسیرهای تمیز کردن قابل برنامه‌ریزی
• سازگاری با محیط زیست: محدوده دمای عملیاتی -30°C تا 70°C، درجه حفاظت IP68
• طراحی صرفه‌جویی در مصرف آب: عمدتاً خشک‌شویی، امکان استفاده از حداقل مه آب، با استفاده از کمتر از 10٪ آب مورد نیاز برای شستشوی دستی
• سازگاری بالا: سازگار با ماژول‌های تک/دوطرفه، ردیاب‌های تک محوره و سیستم‌های نصب مختلف

سیستم‌های محرک و نیرو، عملکرد قابل اعتمادی را فراهم می‌کنند. آفتاب فراوان عربستان سعودی شرایط ایده‌آلی را برای ربات‌های نظافتچی خورشیدی فراهم می‌کند. اکثر مدل‌ها از سیستم‌های دوگانه نیرو استفاده می‌کنند که پنل‌های PV با راندمان بالا را با باتری‌های لیتیومی ترکیب می‌کنند و عملکرد در روزهای ابری را تضمین می‌کنند. نکته قابل توجه این است که برای مقابله با گرمای شدید تابستان، تولیدکنندگان پیشرو سیستم‌های مدیریت حرارتی باتری منحصر به فردی را با استفاده از مواد تغییر فاز و خنک‌کننده فعال برای حفظ دمای عملیاتی ایمن توسعه داده‌اند که به طور قابل توجهی عمر باتری را افزایش می‌دهد. برای موتورهای محرک، موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC) به دلیل راندمان بالا و نیاز کم به تعمیر و نگهداری، ترجیح داده می‌شوند و با کاهنده‌های دقیق کار می‌کنند تا کشش کافی را در زمین‌های شنی ارائه دهند.

سیستم‌های کنترل هوشمند به عنوان «مغز» ربات عمل می‌کنند و متمایزترین تمایز تکنولوژیکی را نشان می‌دهند. ربات‌های نظافتچی مدرن معمولاً دارای چندین حسگر محیطی هستند که تجمع گرد و غبار، شرایط آب و هوایی و دمای ماژول را به صورت بلادرنگ رصد می‌کنند. الگوریتم‌های هوش مصنوعی به صورت پویا استراتژی‌های نظافت را بر اساس این داده‌ها تنظیم می‌کنند و از نظافت برنامه‌ریزی شده به نظافت بر اساس تقاضا تغییر می‌دهند. به عنوان مثال، تشدید نظافت قبل از طوفان‌های شن و در عین حال افزایش فواصل پس از باران. «سیستم کنترل ارتباطات ابری» رنوگلان همچنین از هماهنگی چند ربات در سطح کارخانه پشتیبانی می‌کند و از اختلال غیرضروری در تولید برق ناشی از فعالیت‌های نظافتی جلوگیری می‌کند. این ویژگی‌های هوشمند، ربات‌های نظافتچی را قادر می‌سازد تا با وجود آب و هوای متغیر عربستان سعودی، عملکرد بهینه خود را حفظ کنند.

معماری شبکه برای ارتباطات و مدیریت داده‌ها نیز برای شرایط عربستان سعودی بهینه شده است. با توجه به موقعیت‌های بیابانی دورافتاده بسیاری از نیروگاه‌های بزرگ فتوولتائیک با زیرساخت‌های ضعیف، سیستم‌های ربات نظافتچی از شبکه‌های ترکیبی استفاده می‌کنند: برد کوتاه از طریق شبکه LoRa یا Zigbee و برد بلند از طریق 4G/ماهواره. برای امنیت داده‌ها، سیستم‌ها از ذخیره‌سازی رمزگذاری شده محلی و پشتیبان‌گیری ابری پشتیبانی می‌کنند و با مقررات سختگیرانه‌تر داده‌های عربستان سعودی مطابقت دارند. اپراتورها می‌توانند تمام ربات‌ها را به صورت بلادرنگ از طریق برنامه‌های تلفن همراه یا پلتفرم‌های وب رصد کنند، هشدارهای خطا را دریافت کنند و پارامترها را از راه دور تنظیم کنند - که این امر تا حد زیادی کارایی مدیریت را بهبود می‌بخشد.

برای طراحی بادوام، ربات‌های نظافتچی از انتخاب مواد گرفته تا عملیات سطحی برای محیط‌های با دمای بالا، رطوبت بالا و نمک زیاد عربستان سعودی به طور ویژه بهینه شده‌اند. قاب‌های آلیاژ آلومینیوم تحت آندیزاسیون قرار می‌گیرند، کانکتورهای مهم از فولاد ضد زنگ برای مقاومت در برابر خوردگی نمک ساحلی دریای سرخ استفاده می‌کنند؛ تمام قطعات الکترونیکی مطابق با استانداردهای حفاظت صنعتی با آب‌بندی عالی در برابر نفوذ شن و ماسه هستند؛ چرخ‌ها یا لاستیک‌های مخصوص با فرمول ویژه، خاصیت ارتجاعی را در گرمای شدید حفظ می‌کنند و از پیری مواد در برابر نوسانات دمای بیابان جلوگیری می‌کنند. این طرح‌ها ربات‌های نظافتچی را قادر می‌سازد تا در شرایط سخت عربستان سعودی به میانگین زمان بین خرابی‌ها (MTBF) بیش از 10000 ساعت برسند و هزینه‌های نگهداری چرخه عمر را به طور قابل توجهی کاهش دهند.

کاربرد موفقیت‌آمیز ربات‌های نظافتچی PV در عربستان سعودی همچنین به سیستم‌های خدمات محلی متکی است. تولیدکنندگان پیشرو مانند Renoglean انبارهای قطعات یدکی و مراکز آموزش فنی در عربستان سعودی تأسیس کرده‌اند و تیم‌های تعمیر و نگهداری محلی را برای پاسخگویی سریع پرورش داده‌اند. برای تطبیق با شیوه‌های فرهنگی عربستان، رابط‌ها و اسناد به زبان عربی در دسترس هستند و برنامه‌های تعمیر و نگهداری برای تعطیلات اسلامی بهینه شده‌اند. این استراتژی بومی‌سازی عمیق نه تنها رضایت مشتری را افزایش می‌دهد، بلکه پایه محکمی برای گسترش مداوم فناوری‌های نظافت هوشمند چینی در بازارهای خاورمیانه ایجاد می‌کند.

با پیشرفت در هوش مصنوعی و اینترنت اشیا، ربات‌های تمیزکننده فتوولتائیک از ابزارهای ساده تمیزکننده به گره‌های هوشمند بهره‌برداری و نگهداری (O&M) در حال تکامل هستند. محصولات نسل جدید اکنون تجهیزات تشخیصی مانند دوربین‌های تصویربرداری حرارتی و اسکنرهای منحنی IV را ادغام می‌کنند و در حین تمیز کردن، بررسی‌های سلامت قطعات را انجام می‌دهند. الگوریتم‌های یادگیری ماشین، داده‌های تمیزکاری بلندمدت را تجزیه و تحلیل می‌کنند تا الگوهای تجمع گرد و غبار و تخریب عملکرد ماژول را پیش‌بینی کنند. این عملکردهای توسعه‌یافته، نقش ربات‌های تمیزکننده را در نیروگاه‌های فتوولتائیک عربستان سعودی ارتقا می‌دهد و به تدریج آنها را از مراکز هزینه به ارزش‌آفرینانی تبدیل می‌کند که بازده اضافی برای سرمایه‌گذاران نیروگاه به ارمغان می‌آورند.

مورد کاربرد تمیز کردن هوشمند در کارخانه فتوولتائیک ساحلی دریای سرخ

پروژه ۴۰۰ مگاواتی فتوولتائیک دریای سرخ، به عنوان یک نیروگاه خورشیدی بزرگ در عربستان سعودی، با چالش‌های معمول منطقه در زمینه شوری و رطوبت بالا روبرو شد و به نمونه‌ای برجسته برای فناوری هوشمند پاکسازی چینی در عربستان سعودی تبدیل شد. این پروژه که توسط شرکت برق ACWA توسعه یافته است، جزء کلیدی برنامه‌های انرژی تجدیدپذیر «چشم‌انداز ۲۰۳۰» عربستان سعودی است. موقعیت مکانی آن دارای شرایط آب و هوایی بسیار منحصر به فردی است: میانگین دمای سالانه بیش از ۳۰ درجه سانتیگراد، رطوبت نسبی به طور مداوم بیش از ۶۰٪ و هوای غنی از نمک به راحتی پوسته‌های سرسخت غبار نمکی را روی پنل‌های فتوولتائیک تشکیل می‌دهد - شرایطی که روش‌های سنتی پاکسازی در آن ناکارآمد و پرهزینه هستند.

با توجه به این چالش‌ها، این پروژه در نهایت راهکار نظافت سفارشی Renoglean را بر اساس ربات‌های نظافت PV سری PR اتخاذ کرد که شامل چندین نوآوری تکنولوژیکی به طور خاص برای محیط‌های با نمک بالا است: قاب‌های آلیاژ تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی و یاتاقان‌های آب‌بندی شده از آسیب نمک به اجزای حیاتی جلوگیری می‌کنند؛ الیاف برس مخصوص از جذب ذرات نمک و آلودگی ثانویه در حین نظافت جلوگیری می‌کنند؛ سیستم‌های کنترل حسگرهای رطوبت را اضافه کردند تا به طور خودکار شدت نظافت را در رطوبت بالا برای نتایج بهینه تنظیم کنند. نکته قابل توجه این است که ربات‌های نظافتچی این پروژه بالاترین گواهینامه ضد خوردگی صنعت PV جهانی را دریافت کردند که نشان دهنده پیشرفته‌ترین راهکار نظافت از نظر فنی در خاورمیانه در آن زمان است.

استقرار سیستم نظافت پروژه دریای سرخ، سازگاری مهندسی فوق‌العاده‌ای را نشان داد. فونداسیون‌های ساحلی نرم باعث نشست ناهموار در برخی از پایه‌های آرایه‌ای شد که منجر به انحرافات مسطح بودن ریل تا ±15 سانتی‌متر شد. تیم فنی رنوگلان سیستم‌های تعلیق تطبیقی را توسعه داد که به ربات‌های نظافتچی امکان می‌دهد تا در این اختلاف ارتفاع‌ها به راحتی عمل کنند و اطمینان حاصل شود که پوشش نظافت تحت تأثیر زمین قرار نمی‌گیرد. این سیستم همچنین از طرح‌های مدولار استفاده کرد، با واحدهای ربات منفرد که بخش‌های آرایه‌ای تقریباً 100 متری را پوشش می‌دهند - واحدها می‌توانند به طور مستقل عمل کنند یا از طریق کنترل مرکزی برای مدیریت کارآمد کل کارخانه هماهنگ شوند. این معماری انعطاف‌پذیر، توسعه آینده را تا حد زیادی تسهیل کرد و به ظرفیت سیستم نظافت اجازه داد تا در کنار ظرفیت کارخانه، رشد کند.

لطفا با شرکت فناوری هونده (Honde Technology Co., LTD) تماس بگیرید.

Email: info@hondetech.com

وب‌سایت شرکت:www.hondetechco.com

تلفن: +86-15210548582