Աղտոտում (արևային էներգիա)

Աղտոտում, արևային էներգիայի համակարգերում լույս հավաքող մակերեսների վրա աղբի կուտակում։ Կուտակված նյութը արգելափակում կամ ցրում է լույսը, ինչը հանգեցնում է էլեկտրաէներգիայի կորստի։ Տիպիկ աղտոտող նյութեր են հանքային փոշին, թռչունների արգասիքները, սնկերը, քարաքոսերը, ծաղկափոշին, շարժիչի և գյուղատնտեսական թափոնների արտանետումները։ Աղտոտումն ազդում է պայմանական ֆոտոգալվանային համակարգերի, կենտրոնացված ֆոտովոլտայական էներգիայի և կենտրոնացված արևի (ջերմային) էներգիայի վրա։ Այնուամենայնիվ, աղտոտման հետևանքներն ավելի բարձր են կենտրոնացման համակարգերի համար, քան ոչ կենտրոնացված համակարգերի համար : Աղտոտումը վերաբերում է ինչպես աղբի կուտակման գործընթացին, այնպես էլ հենց կուտակված նյութին։

Աղտոտման բացասական ազդեցությունը նվազեցնելու մի քանի եղանակ կա, բայց մաքրումը ամենալայն կիրառվող տեխնիկան է։ Աղտոտումը կարող է տեղի ունենալ ինչպես տվյալ տարածքում, այնպես էլ մի տարածքից մյուսը։ Միջին էներգիայի կորուստները կարող են լինել մեկ տոկոսից ցածր, եթե տվյալ տարածքում տեղումներն շատ են, իսկ հողը, հետևաբար, խոնավ : 2018 թվականի դրությամբ, աղտոտման պատճառով էլեկտրաէներգիայի համաշխարհային միջին տարեկան կորուստը կազմում է 3-4%։ Աղտոտման արդյունքում ստացված եկամտի կորուստը կազմում է 3-5 միլիարդ եվրո։

Աղտոտման ֆիզիկա 
Աղտոտումը սովորաբար առաջանում է օդակաթիլային եղանակով` մասնիկների, այդ թվում՝ հանքային փոշու (սիլիցիում, մետաղի օքսիդներ, աղեր), ծաղկափոշու և մուրի նստվածքների միջոցով։ Այնուամենայնիվ, արևային էներգիայի սարքերը աղտոտվել կարող են նաև ձնից, սառույցից, ցրտահարությունից, արդյունաբերության տարբեր տեսակի թափոններից, ծծմբաթթվի մասնիկներից, թռչունների արգասիքից, տերևներից, գյուղատնտեսական կերերից, փոշուց և ջրիմուռներից, մամուռներից, սնկերից, քարաքոսերից կամ մանրէներից։ Թե այս մեխանիզմներից ո՛րն առավել բացասական հետևանք կունենա՝ կախված է տեղանքից։

Աղտոտվածության հետևանքով կա՛մ ամբողջովին արգելափակվում է լույսի ներթափանցումը (կոշտ ստվերում), կա՛մ այն հնարավոր է դառնում միայն արևի լույսի միջով (փափուկ ստվերում)։ Փափուկ ստվերով փոխանցվող լույսի մասերը ցրվում են։ Ոսպնյակը լույսը ցրում է, այսինքն՝ ճառագայթները գնում են շատ տարբեր ուղղություններով։ Չնայած պայմանական ֆոտոգալվաները լավ են աշխատում ցրված լույսի հետ, կենտրոնացված արևային էներգիան և կենտրոնացված ֆոտոգալվաները «հույս են դնում» միայն (կոլիմացված) լույսի վրա, որը գալիս է անմիջապես արևից։ Այդ պատճառով կենտրոնացված արևային էներգիան ավելի զգայուն է աղտոտման նկատմամբ, քան սովորական ֆոտոգալվաները։ Աղտոտված էներգիայի բնորոշ կորուստները կենտրոնացված արևային էներգիայի համար 8-14 անգամ ավելի են, քան ֆոտոգալվանների համար։

Աշխարհագրության և օդերևութաբանության ազդեցությունը 
Աղտոտվածության կորուստները մեծապես տարբերվում են տարբեր տարածաշրջաններում։

Աղտոտման արագությունը կախված է աշխարհագրական գործոններից, ինչպիսիք են անապատներին կից լինելը, գյուղատնտեսությունը, արդյունաբերությունը և ճանապարհները, քանի որ դրանք, հավանաբար, օդային մասնիկների աղբյուրներ են։ Եթե տեղանքը մոտ է օդակաթիլային մասնիկների աղբյուրին, աղտոտման կորուստների ռիսկը մեծ է։

Աղտոտման մակարդակը կախված է սեզոնից և վայրից, բայց սովորաբար տատանվում է 0%/օր-1%/օր։ Այնուամենայնիվ, Չինաստանում սովորական ֆոտովոլտային սարքերի համար նկատվել է ավանդի միջին բարձր տեմպեր, որոնք կազմում են օրական 2.5%: Կենտրոնացված արևային էներգիայի համար նկատվել է օրական 5%-ից բարձր աղտոտման արագություն։ Աղտոտման բարձր տեմպեր ունեցող շրջաններում աղտոտումը կարող է զգալիորեն նպաստել էլեկտրաէներգիայի կորստին։ Որպես ծայրահեղ օրինակ, Հելվան քաղաքում (Եգիպտոս) ֆոտոգալվանային համակարգի աղտոտման արդյունքում ընդհանուր կորուստները մի կետում հասնում էին 66%-ի։ Հելվանում աղտոտումը վերագրվում էր մոտակա անապատի փոշուն և տեղական արդյունաբերության աղտոտվածությանը։ Աշխարհի տարբեր տարածաշրջանների աղտոտվածության ռիսկը նկարագրելու մի քանի նախաձեռնություններ կան։

Աղտոտման կորուստները կախված են նաև օդերևութաբանական այնպիսի պարամետրերից, ինչպիսիք են տեղումները, ջերմաստիճանը, քամին, խոնավությունը և ամպամածությունը : Օդերևութաբանական ամենակարևոր գործոնը տեղումների միջին հաճախականությունն է, քանի որ տեղումները հաճախ լվանում են արևային վահանակներից կամ հայելիներից աղտը։ Եթե տվյալ վայրում ամբողջ տարվա ընթացքում անընդհատ անձրև է գալիս, աղտոտվածության կորուստները, ամենայն հավանականությամբ, փոքր կլինեն։ Այնուամենայնիվ, թույլ անձրևը և ցողը կարող են նաև հանգեցնել մասնիկների կպչուն դառնալուն՝ ավելացնելով աղտոտվածության կորուստները։ Որոշ կլիմայական պայմաններ բարենպաստ են կենսաբանական աղտոտման աճի համար, բայց հայտնի չէ, թե որոնք են դրա հստակ որոշիչ գործոնները։ Աղտոտվածության կախվածությունը կլիմայից և եղանակից բարդ խնդիր է։ 2019 թվականի դրությամբ հնարավոր չէ ճշգրիտ կանխատեսել աղտոտման տեմպերը՝ հիմնվելով օդերևութաբանական պարամետրերի վրա։

Աղտոտման կորուստների քանակական գնահատում 
Ֆոտոգալվանային համակարգում աղտոտման մակարդակը կարող է արտահայտվել աղտոտման հարաբերակցությամբ (SR), որը սահմանված է IEC 67124-1 տեխնիկական ստանդարտում`

Հետևաբար, եթե , ապա չկա աղտոտում, և եթե , աղտոտումն այնքան շատ է, որ արտադրություն չկա ֆոտոգալվանային համակարգում։ Այլընտրանքային մետրային աղտոտման կորուստն է (SL), որը սահմանվում է որպես : Աղտոտման կորուստը աղտոտման պատճառով կորցրած էներգիայի քանակությունն է։

Աղտոտման կուտակման մակարդակը (կամ աղտոտման տեմպը) աղտոտման կորստի փոփոխության տեմպն է, որը սովորաբար տրվում է %/օր-ով։ Անհրաժեշտ է ահշվի առնել, որ աղբյուրներից շատերը աղտոտման մակարդակը դրական են գնահատում աղտոտվածության կորուստների ավելացման դեպքում, բայց որոշ աղբյուրներում օգտագործվում է հակառակ նշանը [NREL]:

Ֆոտոգալվանային համակարգերում աղտոտման հարաբերակցությունը չափելու կարգը տրված է IEC 67124-1-ում։ Այս ստանդարտը առաջարկում է օգտագործել երկու ֆոտոգալվանային սարքեր, որտեղ մեկը մնում է հող կուտակելու համար, իսկ մյուսը պահվում է մաքուր։ Աղտոտման գործակիցը գնահատվում է աղտոտված սարքի էներգիայի արտադրության և սպասվող էլեկտրաէներգիայի հարաբերակցությամբ, եթե այն մաքուր էր։ Ակնկալվող էլեկտրաէներգիայի ելքը հաշվարկվում է օգտագործելով տրամաչափման արժեքներ և մաքուր սարքի չափված կարճ միացման հոսանք։ Այս տեղադրումը նաև անվանվում է որպես «աղտոտված չափման կայան» կամ պարզապես «աղտոտված կայան»։

Առաջարկվել են մեթոդներ, որոնք գնահատում են ֆոտոգալվանային համակարգերի աղտոտման գործակիցներն ու աղբի կուտակման տեմպերը առանց հատուկ կայանների օգտագործման : Այս ընթացակարգերը հանգեցնում են աղտոտման գործակիցների հաշվման, որոնք հիմնված են ֆոտոգալվանային համակարգերի աշխատանքի վրա։ 2017 թվականին սկսվել է ամբողջ Միացյալ Նահանգների աղտոտվածության կորուստների քարտեզագրման նախագիծը։ Այս նախագիծը հիմնված է ինչպես աղտոտված կայանների, այնպես էլ ֆոտոգալվանային համակարգերի տվյալների վրա և օգտագործում է -ում առաջարկված մեթոդը՝ աղտոտման գործակիցները և աղտոտման տեմպերը արդյունահանելու համար։

Նվազեցման տեխնիկա 
Աղտոտման կորուստները մեղմելու շատ տարբերակներ կան՝ սկսած տեղանքի ընտրությունից մինչև վերջինիս մաքրումը, էլեկտրադինամիկ փոշու հեռացումը։ Մեղմելու օպտիմալ տեխնիկան կախված է աղտոտման տեսակից, կուտակման արագությունից, ջրի առկայությունից, տեղանքի մատչելիությունից և համակարգի տեսակից։ Օրինակ, պայմանական ֆոտոգալվաները ավելի շատ մտահոգություններ են առաջացնում, քան կենտրոնացված արևային էներգիան, լայնամասշտաբ համակարգերը ավելի շատ ու տարբեր խնդիրներ են պահանջում, քան փոքր տանիքներում տեղադրված համակարգերը, և ֆիքսված հակում ունեցող համակարգերը ավելի շատ մտահոգություններ են առաջացնում, քան արևային համակարգերը, որոնց ունեն մեխանիզմներն իրար միացնող մասեր։ Մեղմացման ամենատարածված մեթոդներն են`

 Վայրի ճիշտ ընտրություն և համակարգի ձևավորում։ Աղտոտման ազդեցությունը կարելի է մեղմացնել վայրի ճիշտ ընտրությամբ և համակարգի ձևավորումը մանրակրկիտ պլանավորելով։ Տարածքի ներսում աղտոտվածույան տեմպերը կարող են տարբեր լինել:Հողի կուտակման տեմպի` տեղական փոփոխականությունը հիմնականում որոշվում է ճանապարհներին, գյուղատնտեսությանը և արդյունաբերությանը մոտ լինելու հաշվին, ինչպես նաև քամու ուղղության հայտնի լինելուց։ Մեկ այլ կարևոր գործոն է արևային վահանակների անկյանը  թեքվածությունը։ Որքան անկյունը մեծ է, այնքան աղտոտվածությունը ավելի քիչ է և կուտակված աղբը կարող է մաքրվել բնության կողմից, օրինակ` անձրևնարի միջոցով։ Արևային համակարգի նախագծման փուլում սա ևս պետք է հաշվի առնել։ Եթե համակարգը հագեցած է մեխանիզմներն իրար միացնող մասերով, ապա արևային վահանակները (կամ հայելիները, կենտրոնացված արևային էներգիայի դեպքում) պետք է տեղադրվեն գիշերվա ընթացքում և անկյունը պետք է լինի առավելագույնը (կամ, եթե հնարավոր է` գլխիվայր ընկած)։ Արդյունքում, աղտոտումն անհանգստացնող խնդիր է ոչ միայն հաակարգի օպերատորների, այլ նաև դիզայներների համար։

 Արևային վահանակների ձևավորում։ Արևային վահանակները նախագծվում են աղտոտման ազդեցությունը նվազագույնի հասցնելու համար։ Սա ներառում է ավելի փոքր արևային բջիջների, առանց շրջանակների վահանակների (եզրերին կեղտ հավաքելուց խուսափելու համար) կամ այլընտրանքային էլեկտրական սարքերի օգտագործումը (օրինակ՝ ավելի շատ շրջանցող դիոդների առկայություն, որոնց միջոցով հոսանքը կկարողանա անցնել վահանակի աղտոտված մասերից)։ Ապագայում ակնկալվում է, որ այսպիսի արեգակնային վահանակների թիվը կմեծանա :

Սա նշանակում է, որ ապագայում կարելի է ակնկալել, որ արևային մարտկոցներն ավելի դիմացկուն կլինեն աղտոտվածության կորուստների նկատմամբ։

Մաքրում։ Աղտոտվածության կորուստները մեղմելու առավելագույն նպատակահարմար միջոցը արևային վահանակները կամ հայելիները մաքրելն է։ Մաքրումը կարող է լինել մեխանիկական, կիսաավտոմատ կամ ամբողջովին ավտոմատ։ Ձեռքով մաքրելու համար անհրաժեշտ են խոզանակներ կամ մոպ կոչվող սարքեր, որոնք բաղկացած են սպունգից կամ բռնակին ամրացված խիտ թելերի կապոցից։ Թեև սա պահանջում է ցածր կապիտալ ներդրումներ, բայց պետք է հաշվի առնել նաև, որ կա նաև աշխատուժի մեծ վճար։ Կիսաավտոմատ մաքրման համար անհրաժեշտ է հատուկ տեխնիկա` պտտվող խոզանակով տրակտոր : Այս եղանակը պահանջում է ավելի մեծ կապիտալ ներդրումներ, բայց աշխատուժի ավելի ցածր գին, քան ձեռքով մաքրումը։ Ամբողջովին ավտոմատ մաքրման համար անհրաժեշտ են ռոբոտներ, որոնք գիշերները կմաքրեն արևային մարտկոցները : Այս մոտեցումը պահանջում է կապիտալի ամենամեծ արժեքը, բայց չի ենթադրում ձեռքի աշխատանք։ Բոլոր երեք մեթոդները կարող են ջուր օգտագործել կամ չօգտագործել։ Սովորաբար ջրով մաքրումն ավելի արդյունավետ է լինում։ Այնուամենայնիվ, եթե տվյալ վայրում ջուրը սակավ կամ թանկ ռեսուրս է, նախընտրելի է քիմմաքրումը։

Ծածկույթներ, որոնք թույլ չեն տա ատոտվել։ Սրանք կիրառվում են արևային վահանակների կամ հայելիների մակերեսին` փոշու և կեղտի կպչունությունը նվազեցնելու համար։ Կան նաև այնպիսի ծածկույթներ, որոնք նախատեսված են ինքնամաքրման հատկությունները բարելավելու համար, օրինակ՝ անձրևի միջոցով մակերեսը մաքրելու հնարավորությունը : Ծածկույթը կարող է կցված լինել վահանակներին կամ հայելիներին և կարող է կցվել հետագայում` վահանակի տեղադրումից հետո։ 2019 թվականի դրությամբ ոչ մի հատուկ տեխնոլոգիա լայնորեն չի ընդունվել` հիմնականում երկարակյաց չլինելու պատճառով։

Էլեկտրադինամիկ էկրաններ։ Էլեկտրադինամիկ էկրանները հաղորդիչ լարերի ցանցեր են, որոնք տեղադրված են արևային վահանակների կամ հայելիների մակերեսին։ Ժամանակին փոփոխվող էլեկտրամագնիսական դաշտերը տեղադրվում են լարում կիրառելով։ Դաշտը փոխազդում է աղբի մասնիկների հետ՝ դրանք տեղափոխելով մակերեսից դուրս։ Այս տեխնոլոգիան արդյունավետ է, եթե փոշին մաքրելու համար անհրաժեշտ էներգիան փոքր է, քան աղտոտման կորուստը նվազեցնելու արդյունքում ստացված էներգիան։ 2019 թվականի դրությամբ այս տեխնոլոգիան ցուցադրվել է լաբորատորիայում, բայց փորձնականորեն այն դեռ ապացուցված չէ։

Տնտեսական հետևանքներ 
Մաքրելու գինը կախված է նրանից, թե դրա համար որ տեխնիկան է օգտագործվում և տվյալ վայրում որքան աշխատուժ է անհրաժեշտ կուտակված աղբը մաքրելու համար։ Ավելին, մեծ տարբերություն կա մեծ էլեկտրակայանների և տանիքների համակարգերի միջև։ Լայնամասշտաբ համակարգերի մաքրման գինը տատանվում է 0,015 եվրո/մ²-ից՝ ամենաէժան երկրների համար մինչև 0,9 եվրո/մ²` ամենաթանկ երկրների համար, ինչպիսին է Նիդեռլանդները։ Նշվում է, որ տանիքի համակարգերի մաքրման գինը Չինաստանում ցածր է` 0,06 եվրո/մ², իսկ Նիդեռլանդներում՝ 8 եվրո/մ²։

Աղտոտման հետևանքով կրճատվում են արևային էներգիայի սարքավորումներում էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը։ Աղտոտումը վնասակար է թե՛ դրա կորուստները մեղմելու համար ծախսվող հսկայական գումարների, թե՛ համակարգի սեփականատերերի` եկամտի կրճատման տեսանկյունից։ Եկամտի կորստի մեծությունը հիմնականում կախված է աղտոտվածության մեղմացման համար ծախսվող գումարներից, աղտոտվելու արագությունից և տվյալ վայրում տեղումների հաճախությունից։ 2018 թվականին տարեկան աղտոտվածության միջին կորուստը 3-4% է։ Այս գնահատումը կատարվել է այն ենթադրության հիման վրա, որ արևային էներգիայի բոլոր համակարգերը մաքրվում են օպտիմալ ֆիքսված հաճախականությամբ։ Այս գնահատման հիման վրա 2018 թվականին աղտոտման դեմ իրականացվող գործողությունների ընդհանուր արժեքը գնահատվել է 3-5 միլիարդ եվրո։ Դա կարող է աճել մինչև 2023 թվականը 4-7 միլիարդ եվրո։

Տես նաև 
 Արևային էներգիա
 Արևային էլեկտրակայան
 Արևային մարտկոց
 Ֆոտոէլեմենտ

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 
 Ֆոտոգալվանային մոդուլի աղտոտման քարտեզ (ԱՄՆ)

Արեգակ
Արեգակնային էներգիա
Վերականգնվող էներգիա