Rapid Indoor Soiling Testing (RIST) System for Soiling and Dust Control in Photovoltaics: Novel System, Measurement Process, and Prediction Models

نموذج أولي لنظام الاختبار الداخلي السريع لتأثير الغبار على الألواح الكهروضوئية (RIST) يعد قفزة هامة في معالجة تخفيض الكفاءة في الألواح الكهروضوئية (PV) بسبب تراكم الغبار. يمكن أن يؤدي الغبار على الألواح الكهروضوئية إلى فقدان كبير في الكفاءة، يصل إلى 40% سنوياً، خاصة في ظل الظروف الجوية القاسية. هذا الانخفاض في الكفاءة يؤثر بشكل ملحوظ على كل من التيار والقدرة القصوى للمخرجات الكهربائية. غالباً ما تؤدي الاختبارات الخارجية لتقييم التربة على الألواح الكهروضوئية إلى نتائج غير متوقعة بسبب العوامل الخارجية مثل المطر، فضلات الطيور، والملوثات الجوية. للتغلب على هذه التحديات، يقترح نموذج RIST، وهو منشأة اختبار مغلقة، تقليد تراكم الغبار الطبيعي تحت ظروف مُسيطر عليها. ينظم هذا النظام بعناية عوامل مثل تدفق الغبار، تدفق الهواء، الرطوبة، ودرجة حرارة وحدة PV. يشمل النظام قياس خصائص الكهروضوئية لتقييم أداء المخرجات الكهربائية بدقة في ظروف مختلفة من الغبار. يسمح تصميم النموذج الأولي بخلق أنماط تدفق هواء مختلفة لدراسة كيفية تأثير توحيد ترسب الغبار على كفاءة الألواح الكهروضوئية. يسهل تعديل ميل الألواح داخل الحجرة دراسة تراكم الغبار على زوايا مختلفة، مما يعزز فهمنا لتأثيرات تراكم الغبار. إحدى الميزات الرئيسية لنموذج RIST هو استخدام خوارزميات التعلم الآلي للنمذجة التنبؤية، وإقامة عتبة لنسبة تراكم الغبار للتنبؤ والتخفيف من مستويات تراكم الغبار. يساعد هذا الأسلوب في التخطيط المسبق لإنشاء منشآت الألواح الكهروضوئية الجديدة، وتعزيز أداء أنظمة الألواح الكهروضوئية الحالية، واختيار أنسب تقنيات الألواح الكهروضوئية للتطبيق المحلي. يمثل نظام RIST تقدماً حاسماً في مجال التحكم في تراكم الغبار في الخلايا الكهروضوئية، واعداً بأداء اختبارات أسرع وأكثر موثوقية وتقليل الشكوك المرتبطة ببيئات الاختبار الخارجية.

The proposed development of a prototype of the Rapid Indoor Soiling Testing (RIST) System marks a significant leap in addressing the efficiency reduction in photovoltaic (PV) panels due to dust accumulation. Dust on PV panels can lead to a drastic efficiency loss, up to 40% annually, especially under harsh weather conditions. This efficiency-drop notably affects both the short circuit current and maximum power output. Outdoor testing for soiling on PV panels often yields unpredictable results due to external factors such as rain, bird droppings, and air pollutants. To overcome these challenges, the proposed prototype of RIST system, an enclosed testing facility, replicates natural dust accumulation under controlled conditions. This system meticulously regulates factors like dust flow, airflow, humidity, and PV module temperature. It includes a measurement of photovoltaic characteristics to accurately assess PV performance and electrical output in varied dust conditions. The prototype design allows for creating different airflow patterns to study how dust deposition uniformity affects PV efficiency. Adjustable panel tilting within the chamber facilitates the study of dust accumulation at varying angles, enhancing our understanding of soiling impacts. A key feature of the RIST prototype is employing machine learning algorithms for predictive modeling, establishing a soiling ratio threshold to predict and mitigate soiling levels. This method assists in the preliminary planning of new PV facilities, enhancing the performance of current PV systems, and choosing the most appropriate PV technologies for national implementation. The RIST system represents a crucial advancement in soiling and dust control in photovoltaics, promising faster, more reliable testing and reducing uncertainties associated with outdoor testing.