Hệ thống lắp PV sa mạc

Triển khai năng lượng trong môi trường khắc nghiệt: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống gắn PV sa mạc

Bối cảnh phát triển quang điện ở các khu vực sa mạc
Cấu trúc năng lượng toàn cầu đang tăng tốc chuyển đổi của nó. Các khu vực sa mạc đã trở thành khu vực quan trọng để triển khai các trạm điện quang điện do cường độ nắng cao và tài nguyên đất đai phong phú. Đặc biệt là ở Tây Bắc Trung Quốc, Bắc Phi, Trung Đông và các vùng của Mỹ, trung bình hàng năm của tài nguyên ánh sáng cao hơn nhiều so với các khu vực khác, cung cấp một nền tảng tốt để phát triển năng lượng mặt trời. Hệ thống lắp PV sa mạc là một cấu trúc hỗ trợ đặc biệt được thiết kế để thích ứng với điều kiện khí hậu khắc nghiệt và các địa hình phức tạp dưới nền tảng này.

Đặc điểm của môi trường sa mạc và những thách thức đối với việc gắn quang điện
Môi trường tự nhiên ở các khu vực sa mạc hoàn toàn khác với các hệ thống mặt đất thông thường, đặt ra các yêu cầu cao hơn về thiết kế và vật liệu của các hệ thống lắp đặt:
* Chênh lệch nhiệt độ cao: chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm là lớn, điều này đặt ra một bài kiểm tra về sự giãn nở nhiệt và sự co lại của cấu trúc;
* Gió và cát mạnh: gió và cát thường xuyên, kích thước hạt thô và hao mòn nghiêm trọng trên bề mặt của các thành phần;
* Khí hậu khô cằn: Lượng mưa khan hiếm, tần suất bảo trì thấp của các trạm điện và hệ thống lắp đặt cần có khả năng tự làm sạch cao;
* Nền tảng đất mềm: Độ ổn định bề mặt kém, thiết kế nền tảng cần được tăng cường đặc biệt;
* Các thành phần gió và cát ăn mòn: Một số khu vực sa mạc có chứa các thành phần nước muối và kiềm trong gió và cát, có thể làm nặng thêm sự ăn mòn kim loại.
Hệ thống lắp PV sa mạc không chỉ phải đáp ứng chức năng ổ trục cơ bản, mà còn có các đặc điểm của khả năng chống gió và cát, khả năng chống ăn mòn và độ ổn định nhiệt mạnh.

Loại cấu trúc và nguyên tắc thiết kế
Theo quy mô dự án, bố cục thành phần và điều kiện địa hình, hệ thống khung sa mạc chủ yếu được chia thành các loại sau:
1. Khung độ nghiêng cố định
Loại hệ thống này áp dụng một phương thức cài đặt góc cố định, với cấu trúc đơn giản, cài đặt thuận tiện và dễ dàng quảng bá trên quy mô lớn. Góc nghiêng được xác định theo vĩ độ cục bộ và phân phối ánh sáng, và thường được đặt từ 20 đến 35 độ.
*Cấu trúc: Các thành phần hợp kim bằng thép hoặc nhôm nhôm nhôm được sử dụng và cấu trúc khung ổn định;
*Ưu điểm: Yêu cầu bảo trì thấp, thích ứng với môi trường bụi bặm;
*Hạn chế: Hiệu suất phát điện trong suốt cả năm có thể bị giới hạn bởi cài đặt độ nghiêng cố định.
2. Giá đỡ góc điều chỉnh
Góc nghiêng được điều chỉnh bằng cơ học hoặc thủ công, phù hợp cho các khu vực có sự khác biệt về ánh nắng mặt trời theo mùa rõ ràng. Cấu trúc điều chỉnh góc phải có cơ chế khóa ổn định để ngăn chặn sự can thiệp của gió và cát.
*Các kịch bản áp dụng: Các trạm năng lượng mặt đất trung bình và lớn;
*Các tính năng: Cải thiện hiệu quả phát điện ở góc mặt trời thấp vào mùa đông;
*Thách thức: Đảm bảo rằng thiết bị điều chỉnh góc liên tục đáng tin cậy dưới gió và cát.
3. Khung theo dõi (trục đơn/trục kép)
Chế độ phát điện hiệu quả cao, các thành phần di chuyển với quỹ đạo của mặt trời. Sa mạc có ánh nắng mặt trời mạnh mẽ và thời gian nắng dài, đây là nơi ứng dụng lý tưởng cho các hệ thống theo dõi. Tuy nhiên, cấu trúc của nó rất phức tạp và đòi hỏi vận hành và bảo trì cao.
*Điểm chính: Hệ thống động cơ cấp độ bảo vệ cao, thiết kế cột hỗ trợ ổn định;
*Rủi ro: Trong thời tiết bão cát cực độ, các bộ phận chuyển động có thể mặc nhiều hơn hoặc kẹt;
*Các biện pháp đối phó: Thêm vỏ bảo vệ và sử dụng vật liệu niêm phong bôi trơn.

Quá trình lựa chọn và bảo vệ vật chất
Trong sự ăn mòn cao và môi trường gió và cát cao của sa mạc, hiệu suất vật chất có liên quan trực tiếp đến sự ổn định và tuổi thọ của hệ thống:
*Loại thép: Thép Q235b hoặc Q355B được mạ kẽm nóng được sử dụng thường xuyên và độ dày mạ kẽm bề mặt thường cần phải đạt được ≥80μm trở lên;
*Vật liệu hợp kim nhôm: nhôm 6063-T5/6005-T5 được sử dụng rộng rãi trong các cấu trúc chống ăn mòn, nhưng thiết kế mặt cắt cần được tăng cường ở các khu vực gió cao;
*Bu lông và ốc vít: Sử dụng thép không gỉ 304 hoặc dacromet để phòng ngừa rỉ sét;
*Xử lý bề mặt: Anodizing, lớp phủ điện di, lớp phủ bột và các phương pháp khác để cải thiện khả năng chống ăn mòn.
Quá trình lớp bảo vệ phải xem xét điện trở hao mòn khi tiếp xúc lâu dài với gió và cát để tránh tiếp xúc cấu trúc do bong tróc bề mặt.

Loại nền tảng và thiết kế khả năng thích ứng nền tảng
Cấu trúc bề mặt của sa mạc rất đa dạng, một số là cồn cát và một số là sa mạc bán cứng. Hệ thống nền tảng hỗ trợ cần được khớp linh hoạt:
1. Nền móng vít
Thường được sử dụng trong các khu vực có khả năng chịu lực đất yếu, xây dựng nhanh, thiệt hại nhỏ, dễ dàng tháo dỡ và tái sử dụng.
* Khả năng thích ứng mạnh mẽ, có thể thâm nhập vào các lớp đất mềm;
* Có thể bị đóng trước với thiết bị khoan địa chất;
* Tính toàn vẹn của lớp phủ chống vỏ cần được xem xét.
2. Nền tảng cọc
Ở một số khu vực, cọc thép hoặc cọc bê tông đúc sẵn có thể được sử dụng, có khả năng chịu lực cao và phù hợp cho các dự án có tải gió lớn.
* Thiết bị hạng nặng là cần thiết để xây dựng, và số lượng công việc là lớn;
* Các xét nghiệm thâm nhập tĩnh cần phải được thực hiện trước khi có sự khác biệt địa chất lớn;
* Thiết kế cần xác định độ sâu cọc dựa trên sự phân bố của phân tích tầng và căng thẳng.
3. Nền tảng xi măng
Chủ yếu được sử dụng trong các dự án nhà máy điện trong điều kiện làm cứng mặt đất, đặc biệt là ở những khu vực không được phép đóng cọc.
* Tính ổn định cao, chi phí cao hơn một chút so với các hình thức khác;
* Thời gian xây dựng dài, yêu cầu xây dựng cao;
* Khả năng kém để đối phó với việc giải quyết nền tảng.

Chiến lược chống gió và kiểm soát bụi cấu trúc
Ở các khu vực sa mạc với gió và bão thường xuyên, khả năng chống gió cấu trúc và thiết kế phòng chống bụi không thể bỏ qua:
* Thiết kế tải gió: nên được xây dựng dựa trên dữ liệu tốc độ gió cực trị cục bộ và thường được thiết kế theo mức tốc độ gió một lần trong 50 năm;
* Thiết kế thông gió trên bảng nối tiếp mô -đun: Tối ưu hóa khả năng chống gió bằng cách để lại các khoảng trống trong cấu trúc hỗ trợ;
* Quản lý che chắn bụi: Làm sạch mô-đun thường xuyên, sử dụng kính mô-đun chống bụi;
* Bảo vệ độ dốc và nén bề mặt: ngăn nền móng bị phơi bày và bị xói mòn bởi gió hoặc bị cuốn trôi.

Đường dẫn tối ưu hóa cấu trúc cho hệ thống lắp PV sa mạc thích nghi với môi trường khắc nghiệt

Tính đặc biệt của xây dựng quang điện ở các khu vực sa mạc
Các khu vực sa mạc có đất không sử dụng và tài nguyên ánh nắng mặt trời cao, phù hợp để tạo ra sức mạnh quang điện quy mô lớn. Tuy nhiên, các điều kiện địa lý và khí hậu đặc biệt cũng mang lại khó khăn xây dựng. Ví dụ, nhiệt độ cao, gió và cát thường xuyên, chênh lệch nhiệt độ lớn giữa ngày và đêm, khả năng chịu bề mặt kém và các vấn đề khác sẽ thách thức sự ổn định cấu trúc và hiệu quả vận hành lâu dài của các trạm năng lượng quang điện. Do đó, thiết kế của Hệ thống lắp PV sa mạc Cần được tối ưu hóa trong cấu trúc, vật liệu và phương pháp xây dựng để thích nghi với môi trường khắc nghiệt.

Các loại cấu trúc của hệ thống gắn pv sa mạc
Các hệ thống hỗ trợ quang điện phổ biến trong môi trường sa mạc bao gồm:
* Hỗ trợ nghiêng cố định: Độ ổn định cấu trúc tốt, lắp đặt dễ dàng, được sử dụng rộng rãi trong các khu vực có gió và cát nặng.
* Hỗ trợ góc điều chỉnh: Có thể điều chỉnh góc theo mùa để cải thiện hiệu quả phát điện, nhưng cấu trúc phức tạp hơn và có yêu cầu bảo trì cao.
* Hỗ trợ theo dõi (trục đơn hoặc trục kép): Có thể tự động theo quỹ đạo của mặt trời để tăng khả năng phát điện và được sử dụng trong một số dự án sa mạc trên cơ sở thí điểm, nhưng có yêu cầu cao hơn về sự ổn định cấu trúc và hệ thống kiểm soát cát.
Việc lựa chọn các loại hệ thống hỗ trợ khác nhau trong môi trường sa mạc cần được đánh giá toàn diện kết hợp với các yếu tố như giá điện dự án, chi phí đất đai, tiện lợi xây dựng và khả năng bảo trì.

Lựa chọn vật chất và điều trị chống ăn mòn
Các khu vực sa mạc khô và gió quanh năm, và các vật liệu phải đối mặt với sự xói mòn gió liên tục và bức xạ cực tím. Phương pháp lựa chọn và điều trị vật liệu phổ biến bao gồm:
*Thép mạ kẽm nóng: có khả năng chống ăn mòn mạnh và là sự lựa chọn chính hiện tại.
*Khung hợp kim nhôm: trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn tốt, phù hợp cho các dự án có yêu cầu tải thấp.
*Đầu nối thành phần bằng thép không gỉ: Được sử dụng để kết nối các bộ phận để tránh nới lỏng và ăn mòn trong quá trình hoạt động lâu dài.
*Xịt bề mặt hoặc xử lý anodizing: tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn và khả năng chống tia cực tím của bề mặt vật liệu và kéo dài tuổi thọ của hệ thống.
Kết hợp tốt các vật liệu và quy trình có thể cải thiện hiệu quả khả năng hoạt động ổn định của hệ thống lắp PV sa mạc trong một môi trường có độ ăn mòn và gió cao.

Thiết kế nền tảng và chiến lược xây dựng thích ứng
Bề mặt sa mạc chủ yếu là cát mềm hoặc đất nước muối, có yêu cầu cao về khả năng mang nền tảng. Các hình thức nền tảng phổ biến bao gồm:
*Nền móng vít: Xây dựng đơn giản, thích hợp cho đất cát, và dễ dàng tháo rời và lắp ráp sau đó.
*Nền tảng cọc: Thích hợp cho đất sa mạc với sự nén chặt, ổn định tốt, nhưng yêu cầu cao đối với thiết bị xây dựng.
*Cọc đúc tại chỗ: Được sử dụng trong các khu vực có điều kiện địa chất phức tạp hoặc mực nước ngầm, với thời gian xây dựng dài.
Trong xây dựng cụ thể, cần thực hiện các khảo sát địa chất đủ để đánh giá các yếu tố như cấu trúc tầng, mực nước ngầm, áp lực tải gió, v.v., để xác định loại nền tảng hợp lý và áp dụng các phương pháp xây dựng cơ giới để giảm lỗi của con người.

Phòng ngừa cát và thiết kế ổn định cấu trúc
Tác động của cát và bụi đối với các mô -đun quang điện và hệ thống khung chủ yếu được phản ánh trong:
* Bao phủ bề mặt của mô -đun, ảnh hưởng đến hiệu quả phát điện;
* Tích lũy trong cấu trúc khung, tăng tốc độ mòn và ăn mòn;
* Thời tiết gió và cát cao gây ra sự thay đổi căng thẳng về cấu trúc.
* Để giảm các hiệu ứng này, thiết kế của hệ thống lắp PV sa mạc cần xem xét:
* Nâng độ thanh thải mặt đất ở dưới cùng của khung để giảm tích lũy cát và bụi;
* Tối ưu hóa góc độ nghiêng của sự sắp xếp mô-đun và sử dụng năng lượng gió để tự làm sạch;
* Tăng cường kết nối giữa khung và mặt đất để cải thiện khả năng chống gió;
* Thiết lập hàng rào gió và cát hoặc đai thực vật để tạo thành một vùng đệm để giảm xói mòn gió.
Phân tích mô phỏng căng thẳng hệ thống cũng là một phần quan trọng của thiết kế. Cần kết hợp dữ liệu khí tượng lịch sử địa phương và các mô hình gió và cát điển hình để đánh giá phản ứng cấu trúc trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

Vận hành và bảo trì và đề xuất quản lý
Hoạt động và bảo trì trong môi trường sa mạc là một phần quan trọng để đảm bảo hiệu suất lâu dài của các nhà máy điện. Các biện pháp hoạt động và bảo trì được đề xuất bao gồm:
*Thường xuyên làm sạch các mô -đun quang điện, có thể được phun bởi máy bay không người lái, thiết bị chải khô hoặc hệ thống làm sạch tự động;
*Kiểm tra xem các bộ phận kết nối của giá đỡ có bị lỏng hay bị ăn mòn hay không;
*Đối với hệ thống theo dõi, cần phải giám sát xem các bộ truyền động có bị mắc kẹt trong cát hay không;
*Tăng cường xây dựng và bảo trì các cơ sở kiểm soát gió và cát xung quanh khu vực.
*Đồng thời, việc cài đặt một hệ thống giám sát từ xa có thể nắm bắt trạng thái hoạt động của hệ thống trong thời gian thực và giảm số lượng người vào khu vực có nhiệt độ cao và có nguy cơ cao.

Xu hướng phát triển của hệ thống gắn pv sa mạc
Với việc thúc đẩy quy mô lớn của các dự án quang điện sa mạc, hướng tiến hóa kỹ thuật trong tương lai của hệ thống gắn PV sa mạc chủ yếu bao gồm:
*Thiết kế cài đặt mô -đun để cải thiện hiệu quả xây dựng;
*Nâng cấp vật liệu, chẳng hạn như vật liệu composite nhẹ có độ bền cao;
*Hỗ trợ hoạt động và bảo trì thông minh, chẳng hạn như giám sát cảm biến và cảnh báo lỗi AI;
*Kết hợp với phục hồi sinh thái để đạt được sự đồng xây dựng bảo vệ năng lượng và môi trường.
Được thúc đẩy bởi cả chính sách và nhu cầu thị trường, quang điện sa mạc sẽ trở thành một lực lượng quan trọng trong việc thúc đẩy quy mô của năng lượng mới và sẽ đặt ra nhu cầu cao hơn về khả năng thích ứng của các hệ thống hỗ trợ quang điện. .