光伏发电装置污染影响的实时监测

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经过150多年的科学研究，太阳能电池的最高效率逐渐提高。然而，随着光伏技术的不断改进，太阳能电池所能产生的电量最终取决于环境因素。

主要是污染、温度和太阳辐照度．虽然温度和太阳辐照度的影响是有据可查的，但污染对太阳能电池板性能的有害影响经常被忽视。然而，电池板污染对光伏性能的影响可以用新技术比以往任何时候都更容易测量。

提高太阳能电池效率的进展

当埃德蒙·贝克勒尔(Edmond Becquerel)年仅19岁时，他在父亲的实验室里进行实验，创造了世界上第一个光伏设备。¹埃德蒙是著名的电子/生物化学家安东尼·贝克勒尔的儿子，他发现，涂有一层薄薄的氯化银的铂电流可以被操纵，从而显示出一种以前科学界不知道的现象:当将铂电流与另一个电极放在电解液中并照明时，电流就开始流动。²

他的实验很严谨。在消除了热电效应，甚至用一系列彩色滤光片遮蔽电极，获得了一个粗略的光谱响应曲线之后，他正确地推断出发生在光敏电极上的化学反应的性质。贝克勒尔设计了一种液相光电池，这是流行的(而且更方便的)硅电池的前身，硅电池在21世纪初成为增长最快的可再生能源^圣世纪。^3.

自1839年贝克勒尔的实验以来，光伏电池取得了长足的进步。1876年，科学家威廉·格里尔斯·亚当斯(William Grylls Adams)证明了光伏电流可以在不移动部件或传热的情况下产生，为现代光伏电池铺平了道路。⁴

在接下来的50年左右的时间里，光伏效应(或称“贝克勒尔效应”)在几种不同的材料中得到了证明，但效率一直没有从1%左右下降，直到20世纪50年代发现了硅的能量。

1954年，贝尔实验室制造了第一块“实用”的硅太阳能电池，其效率为6%。⁵第二天，《纽约时报》在头版自豪地宣布“巨大的太阳能被利用”——这些电池表明了紧凑高效的商业太阳能电池的出现。⁶

从那时起，经过几代科学家和工程师的不断努力，太阳能电池的效率提高了几倍。2014年12月，光伏发电效率(入射太阳辐射能与可用电力输出之比)的世界纪录达到了惊人的46%。

环境因素是最重要的

然而，虽然光伏电池的理论效率被科学进步精心提升，但它们在原位的真正性能在很大程度上取决于环境因素。

显然，太阳辐照度的变化是一个主要问题。温度对光伏发电效率的影响并不明显:随着温度的升高，载流子复合率增加，有效地使电池中的电子失去作用，从而降低产生的电压⁷．虽然这两个因素都不容易控制，但soling是光伏发电效率的一个主要威胁，是很容易防止的。

实时测量光伏污染

由于植物产品、盐、灰尘、煤烟，甚至鸟粪等原因，污染会对光伏电池的发电造成严重威胁。灰尘造成的污染在阳光充足的干燥地区尤其严重——这些地区本来最适合光伏发电装置——足以让投资者重新考虑在沙漠气候下安装太阳能电池阵列。

污染的后果是不容忽视的。污染会导致每周能源生产损失超过10%。积聚的污垢和灰尘会使每个太阳能电池来之不易的大量容量失效。⁸对于光伏设备所有者来说，稳定清洁电池的成本和由于污染造成的损失是至关重要的。然而，与相对容易理解的因素如温度和太阳辐照度相比，很难预测污染的影响。这就产生了一个问题:如何才能准确测量污染对给定光伏系统的影响?

仪器制造商Kipp & Zonen通过开发DustIQ回答了这个问题:一种光学测量光伏污染的新方法。其他污垢测量系统通过比较来自清洁电池和允许积聚污垢的电池(需要阳光和永久清洁工作)的信号来工作，而DustIQ直接测量污垢，不需要偶然的天气条件或维护。^9日10

来自Kipp & Zonen的DustIQ

该系统结构紧凑，可安装在现有光伏板的一侧。通过内部LED和光电探测器，DustIQ分析透明窗户内部反射的光。污染越严重，反射光的比例就越高。在此信息的帮助下，考虑不同粉尘类型的影响，DustIQ计算出准确的污染比，并实时转化为电能损耗。DustIQ通过Modbus进行数字通信^®，允许多个单元集成到一个单一系统中，测量大型光伏电站污染的局部变化。¹¹

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配备了最新的污染信息，即使在黑暗中，光伏电站运营商可以安排清洁面板直接响应实际污染率。这使他们能够有效地防止大量的能源损失，包括浪费不必要的开支清洁资源。DustIQ是准确的，用户友好的，经济的，提供所需的信息，以保持光伏装置的最佳工作状态。

参考资料和进一步阅读

1. Mémoire sur les effects électriques产品主要影响人造太阳纤维。大肠贝克勒尔。Comptes Rendus 561-567(1839)。
2. 二元化合物中的贝克勒尔光伏效应。威廉姆斯，r.j. Chem。物理32,1505-1514(1960)。
3. 2017年可再生能源。可以在:https://www.iea.org/publications/renewables2017/．(访问:28^th2018年2月)
4. 可再生能源和替代能源 :参考手册。扎卡里·A. &泰勒，K. D. (ABC-CLIO, 2008)。
5. APS物理-这个月的物理历史。(2009)。可以在:http://www.aps.org/publications/apsnews/200904/physicshistory.cfm．(访问:28^th2018年2月)
6. 利用沙子成分的电池可以利用太阳的巨大能量。Murray Hill, n.j.纽约时报1 (1954)
7. 温度依赖性光伏发电效率及其对光伏生产的影响:综述Swapnil Dubey & Jatin Narotam Sarvaiya, b.s. Energy Procedia 311-321(2013)。
8. 光伏板上灰尘沉积引起的发电量损失。Sayyah, A.， Horenstein, m.n. & Mazumder, M. K.(2014)。doi: 10.1016 / j.solener.2014.05.030
9. Kipp,Zonen——DustIQ。可以在:https://cdn.pes.eu.com/v/20180916/wp-content/uploads/2018/06/PES-S-1-18-Kipp-Zonen-Think-Tank-1.pdf(访问:1^圣2018年3月)
10. Kipp,Zonen - DustIQ用于光伏污染监测。可以在:http://www.kippzonen.com/Product/419/DustIQ-Soiling-Monitoring-System．(访问:1^圣2018年3月)
11. DustIQ新型太阳能电池板污染监测解决方案。

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