Инновационные применения и методы использования машин для очистки фотоэлектрических панелей в Саудовской Аравии

Саудовская Аравия, являясь одной из стран с наиболее богатыми в мире ресурсами солнечной энергии, активно развивает свою фотоэлектрическую энергетику для преобразования энергетической структуры. Однако частые песчаные бури в пустынных регионах приводят к сильному накоплению пыли на поверхностях фотоэлектрических панелей, что значительно снижает эффективность выработки электроэнергии — ключевой фактор, ограничивающий экономическую выгоду от солнечных электростанций. В данной статье систематически анализируется текущее состояние применения машин для очистки фотоэлектрических панелей в Саудовской Аравии, с акцентом на том, как интеллектуальные решения для очистки, разработанные китайскими технологическими компаниями, решают проблемы экстремальных пустынных условий. На основе многочисленных примеров демонстрируются их технические преимущества и экономическая выгода. От побережья Красного моря до города NEOM, от традиционных стационарных фотоэлектрических массивов до систем слежения, эти интеллектуальные устройства для очистки меняют модели обслуживания фотоэлектрических систем в Саудовской Аравии благодаря своей высокой эффективности, водосберегающим функциям и возможностям автоматизации, предоставляя при этом воспроизводимые технологические парадигмы для развития возобновляемой энергетики на Ближнем Востоке.

Проблемы, связанные с пылью, и потребности в очистке в фотоэлектрической промышленности Саудовской Аравии

Саудовская Аравия обладает исключительными ресурсами солнечной энергии: годовое количество солнечных часов превышает 3000, а теоретический потенциал выработки фотоэлектрической энергии достигает 2200 ТВт·ч в год, что делает её одним из наиболее перспективных регионов мира для развития фотоэлектрической энергетики. В рамках национальной стратегии «Видение 2030» Саудовская Аравия ускоряет внедрение возобновляемых источников энергии, стремясь к 2030 году достичь мощности в 58,7 ГВт, при этом на солнечную фотоэлектрическую энергетику будет приходиться большая часть. Однако, несмотря на то, что обширная пустынная территория Саудовской Аравии предоставляет достаточно места для солнечных электростанций, она также создает уникальные эксплуатационные проблемы — накопление пыли приводит к снижению эффективности.

Исследования показывают, что в некоторых районах Аравийского полуострова солнечные панели могут терять 0,4–0,8% суточной выработки электроэнергии из-за пылевого загрязнения, а во время сильных песчаных бурь потери могут превышать 60%. Это снижение эффективности напрямую влияет на экономическую рентабельность солнечных электростанций, поэтому очистка модулей является ключевым компонентом обслуживания солнечных электростанций в пустыне. Пыль воздействует на солнечные панели тремя основными механизмами: во-первых, частицы пыли блокируют солнечный свет, снижая поглощение фотонов солнечными элементами; во-вторых, слои пыли образуют тепловые барьеры, повышая температуру модулей и еще больше снижая эффективность преобразования; и в-третьих, коррозионные компоненты некоторых видов пыли могут вызывать долговременные повреждения стеклянных поверхностей и металлических рам.

Уникальные климатические условия Саудовской Аравии усугубляют эту проблему. Прибрежный регион Красного моря на западе Саудовской Аравии страдает не только от сильной запыленности, но и от высокой солености воздуха, что приводит к образованию липких смесей соли и пыли на поверхностях модулей. В восточном регионе часто случаются песчаные бури, которые за короткие промежутки времени могут оставлять толстые слои пыли на фотоэлектрических панелях. Кроме того, Саудовская Аравия страдает от острой нехватки воды: 70% питьевой воды поступает из опреснительных установок, что делает традиционные методы ручной мойки дорогостоящими и нерентабельными. Все эти факторы в совокупности создают острую потребность в автоматизированных, водосберегающих решениях для очистки фотоэлектрических панелей.

Таблица: Сравнение характеристик загрязнения от фотоэлектрических панелей в различных регионах Саудовской Аравии.

Для решения этой проблемы в отрасли рынок солнечных электростанций Саудовской Аравии переходит от ручной очистки к интеллектуальной автоматизированной очистке. Традиционные ручные методы имеют явные ограничения в Саудовской Аравии: с одной стороны, удаленность пустынных районов делает затраты на рабочую силу непомерно высокими; с другой стороны, дефицит воды препятствует широкомасштабному использованию мойки высокого давления. По оценкам, на удаленных электростанциях затраты на ручную очистку могут достигать 12 000 долларов США за МВт в год, а высокое потребление воды противоречит стратегиям Саудовской Аравии по экономии водных ресурсов. В отличие от этого, автоматизированные роботы-очистители демонстрируют значительные преимущества, экономя более 90% затрат на рабочую силу и оптимизируя использование воды за счет точного контроля частоты и интенсивности очистки.

Правительство Саудовской Аравии и частный сектор признают важность интеллектуальных технологий уборки, целенаправленно поощряя автоматизированные решения в рамках Национальной программы возобновляемой энергии (NREP). Эта политика ускорила внедрение роботов-уборщиков на саудовском рынке фотоэлектрической энергии. Китайские технологические компании, обладающие зрелой продукцией и обширным опытом применения в пустынных условиях, стали ведущими поставщиками на рынке очистки фотоэлектрических систем в Саудовской Аравии. Например, компания Renoglean Technology, партнер Sungrow по экосистеме, получила заказы на более чем 13 ГВт роботов-уборщиков на Ближнем Востоке, став лидером рынка интеллектуальных решений для уборки в Саудовской Аравии.

С точки зрения технологического развития, рынок очистки фотоэлектрических систем в Саудовской Аравии демонстрирует три четких тенденции: во-первых, эволюция от однофункциональной очистки к интегрированным операциям, при этом роботы все чаще включают в себя функции осмотра и обнаружения горячих точек; во-вторых, переход от импортных решений к локализованным адаптациям, с продуктами, адаптированными к климату Саудовской Аравии; и в-третьих, переход от автономной работы к системному взаимодействию, глубоко интегрированному с системами слежения и интеллектуальными платформами эксплуатации и технического обслуживания. В совокупности эти тенденции способствуют интеллектуальному и эффективному развитию рынка технического обслуживания фотоэлектрических систем в Саудовской Аравии, обеспечивая техническую гарантию достижения целей в области возобновляемой энергии в рамках программы «Видение 2030».

Технические характеристики и системная компоновка роботов для очистки фотоэлектрических панелей.

Интеллектуальные роботы-пылесосы для очистки солнечных батарей, как технологическое решение для пустынных условий Саудовской Аравии, объединяют инновации в области машиностроения, материаловедения и технологий Интернета вещей. По сравнению с традиционными методами очистки, современные роботизированные системы демонстрируют значительные технические преимущества, а их основные конструкции ориентированы на четыре цели: эффективное удаление пыли, экономия воды, интеллектуальное управление и надежность. В условиях экстремального пустынного климата Саудовской Аравии эти характеристики оказываются особенно важными, напрямую влияя на долгосрочные затраты на техническое обслуживание и доходы от производства электроэнергии.

С механической точки зрения, роботы-уборщики для саудовского рынка в основном делятся на две категории: на рельсах и самоходные. Роботы на рельсах обычно крепятся к опорам солнечных батарей, обеспечивая полное покрытие поверхности с помощью рельсов или кабельных систем — идеально подходят для крупных наземных установок. Самоходные роботы обеспечивают большую мобильность, что делает их подходящими для распределенных солнечных электростанций на крышах или для сложной местности. Для двусторонних модулей и систем слежения, широко используемых в Саудовской Аравии, ведущие производители, такие как Renoglean, разработали специализированные роботы с уникальной «мостовой технологией», которая обеспечивает динамическую координацию между системами очистки и механизмами слежения, гарантируя эффективную очистку даже при изменении угла наклона солнечных батарей.

Основные компоненты механизмов очистки включают вращающиеся щетки, устройства для удаления пыли, приводные системы и блоки управления. Требования саудовского рынка стимулировали постоянные инновации в этих областях: сверхтонкие щетинки щеток из композитного углеродного волокна эффективно удаляют липкую солевую пыль, не царапая поверхности модулей; самосмазывающиеся подшипники и герметичные двигатели обеспечивают долговременную надежность в песчаных условиях; встроенные воздуходувки высокого давления справляются с трудновыводимыми загрязнениями, минимизируя при этом расход воды. Модель Renoglean PR200 даже оснащена системой «самоочистки» щеток, которая автоматически удаляет накопившуюся пыль во время работы, поддерживая стабильную эффективность очистки.

• Эффективное удаление пыли: эффективность очистки >99,5%, рабочая скорость 15–20 метров/минуту.
• Интеллектуальное управление: поддержка удаленного мониторинга через IoT, программируемая частота и маршруты уборки.
• Экологическая адаптация: диапазон рабочих температур от -30°C до 70°C, степень защиты IP68.
• Водосберегающая конструкция: преимущественно сухая чистка, опционально минимальное распыление воды, расход менее 10% воды по сравнению с ручной чисткой.
• Высокая совместимость: адаптируется к моно/бифациальным модулям, одноосевым трекерам и различным системам крепления.

Системы привода и питания обеспечивают надежную работу. Обилие солнечного света в Саудовской Аравии создает идеальные условия для роботов-уборщиков, работающих на солнечной энергии. Большинство моделей используют двойные системы питания, сочетающие высокоэффективные фотоэлектрические панели с литиевыми батареями, что обеспечивает работу даже в пасмурные дни. Примечательно, что для борьбы с экстремальной летней жарой ведущие производители разработали уникальные системы терморегулирования батарей с использованием материалов с фазовым переходом и активного охлаждения для поддержания безопасных рабочих температур, значительно увеличивая срок службы батарей. В качестве приводных двигателей предпочтительны бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) благодаря их высокой эффективности и низким затратам на техническое обслуживание, работающие в паре с прецизионными редукторами для обеспечения достаточного сцепления с песчаной поверхностью.

Интеллектуальные системы управления служат «мозгом» робота и представляют собой наиболее существенное технологическое отличие. Современные роботы-уборщики, как правило, оснащены множеством датчиков окружающей среды, отслеживающих накопление пыли, погодные условия и температуру модулей в режиме реального времени. Алгоритмы искусственного интеллекта динамически корректируют стратегии уборки на основе этих данных, переключаясь с плановой уборки на уборку по требованию. Например, усиливая уборку перед песчаными бурями и увеличивая интервалы после дождя. «Облачная система управления связью» от Renoglean также поддерживает координацию работы нескольких роботов на уровне предприятия, предотвращая ненужные перебои в электроснабжении из-за уборки. Эти интеллектуальные функции позволяют роботам-уборщикам поддерживать оптимальную производительность, несмотря на изменчивый климат Саудовской Аравии.

Архитектура сети для связи и управления данными также оптимизирована для условий Саудовской Аравии. Учитывая удаленное расположение многих крупных солнечных электростанций в пустынных районах с плохой инфраструктурой, системы роботов-уборщиков используют гибридную сеть: ближний радиус действия через сети LoRa или Zigbee, дальний радиус действия через 4G/спутник. Для обеспечения безопасности данных системы поддерживают локальное зашифрованное хранение и резервное копирование в облако, что соответствует все более строгим правилам защиты данных в Саудовской Аравии. Операторы могут отслеживать всех роботов в режиме реального времени через мобильные приложения или веб-платформы, получать оповещения о неисправностях и удаленно корректировать параметры, что значительно повышает эффективность управления.

Для обеспечения долговечности конструкции роботы-уборщики были специально оптимизированы с учетом высоких температур, высокой влажности и высокой концентрации соли в условиях Саудовской Аравии, начиная от выбора материалов и заканчивая обработкой поверхности. Рамы из алюминиевого сплава подвергаются анодированию, в критически важных разъемах используется нержавеющая сталь для защиты от коррозии, вызванной солью в прибрежной зоне Красного моря; все электронные компоненты соответствуют промышленным стандартам защиты и обеспечивают превосходную герметизацию от попадания песка; специально разработанные резиновые гусеницы или шины сохраняют эластичность при экстремальных температурах, предотвращая старение материала из-за перепадов температуры в пустыне. Эти конструктивные решения позволяют роботам-уборщикам достигать среднего времени безотказной работы (MTBF) более 10 000 часов в суровых условиях Саудовской Аравии, что значительно снижает затраты на техническое обслуживание в течение всего срока службы.

Успешное применение роботов для очистки солнечных батарей в Саудовской Аравии также зависит от локализованных систем обслуживания. Ведущие производители, такие как Renoglean, создали в Саудовской Аравии склады запасных частей и центры технического обучения, сформировав местные команды по техническому обслуживанию для оперативного реагирования. С учетом саудовских культурных традиций, интерфейсы и документация доступны на арабском языке, а графики технического обслуживания оптимизированы для исламских праздников. Эта стратегия глубокой локализации не только повышает удовлетворенность клиентов, но и закладывает прочную основу для дальнейшего расширения китайских интеллектуальных технологий очистки на рынках Ближнего Востока.

Благодаря достижениям в области искусственного интеллекта и Интернета вещей, роботы для очистки фотоэлектрических панелей эволюционируют из простых инструментов для очистки в интеллектуальные узлы эксплуатации и технического обслуживания. Продукты нового поколения теперь интегрируют диагностическое оборудование, такое как тепловизионные камеры и сканеры вольт-амперных характеристик, выполняя проверку состояния компонентов во время очистки; алгоритмы машинного обучения анализируют данные о длительной очистке для прогнозирования закономерностей накопления пыли и снижения производительности модулей. Эти расширенные функции повышают роль роботов для очистки на фотоэлектрических электростанциях Саудовской Аравии, постепенно превращая их из центров затрат в создателей ценности, обеспечивающих дополнительную прибыль для инвесторов электростанций.

Пример применения интеллектуальной системы очистки на прибрежной солнечной электростанции в Красном море.

Проект солнечной электростанции «Красное море» мощностью 400 МВт, как одна из первых крупных солнечных электростанций в Саудовской Аравии, столкнулся с типичными для региона проблемами высокой солености и влажности, став знаковым примером применения китайских интеллектуальных технологий очистки в Саудовской Аравии. Разработанный компанией ACWA Power, проект является ключевым компонентом саудовской программы «Видение 2030» по развитию возобновляемой энергетики. Местоположение станции характеризуется крайне уникальными климатическими условиями: среднегодовая температура превышает 30°C, относительная влажность постоянно превышает 60%, а богатый солью воздух легко образует стойкие корки солевой пыли на солнечных панелях — условия, при которых традиционные методы очистки оказываются неэффективными и дорогостоящими.

Для решения этих задач в проекте в конечном итоге было внедрено специализированное решение Renoglean для очистки, основанное на роботах-очистителях фотоэлектрических панелей серии PR, включающее в себя множество технологических инноваций, специально разработанных для работы в условиях высокой концентрации соли: коррозионностойкие рамы из титанового сплава и герметичные подшипники предотвращают повреждение важных компонентов солью; специально обработанные волокна щеток предотвращают адсорбцию частиц соли и вторичное загрязнение во время очистки; в системы управления были добавлены датчики влажности для автоматической регулировки интенсивности очистки при высокой влажности для достижения оптимальных результатов. Примечательно, что роботы-очистители проекта получили высшую в мировой индустрии фотоэлектрических панелей сертификацию по защите от коррозии, представляя на тот момент самое технически совершенное решение для очистки на Ближнем Востоке.

Внедрение системы очистки в рамках проекта «Красное море» продемонстрировало исключительную инженерную адаптивность. Мягкие прибрежные основания вызывали неравномерную осадку в некоторых местах крепления массива, что приводило к отклонениям в плоскости рельсов до ±15 см. Техническая команда Renoglean разработала адаптивные системы подвески, позволяющие роботам-очистителям плавно работать на этих перепадах высот, обеспечивая неизменность площади очистки в зависимости от рельефа местности. Система также имела модульную конструкцию: отдельные роботы охватывали участки массива длиной около 100 метров — блоки могли работать независимо или координироваться через центральный пульт управления для эффективного управления всем комплексом. Эта гибкая архитектура значительно упростила дальнейшее расширение, позволив мощности системы очистки расти вместе с мощностью комплекса.

Пожалуйста, свяжитесь с компанией Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

Веб-сайт компании:www.hondetechco.com

Тел.: +86-15210548582