นวัตกรรม หุ่นยนต์ทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์

แผงโซลาร์เซลล์นั้นต้องการการดูแลที่ถูกต้องเพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการดูแลภายใต้พื้นที่พิเศษ เช่น ทะเลทรายที่มีฝุ่นผงเป็นจำนวนมาก ซึ่งส่งผลกระทบต่อการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ โดยมีวิธีการทำความสะอาดและบำรุงดูแลรักษาแตกต่างกันออกไป ตามพื้นที่แนวราบหรือในแนวระดับและแนวตั้ง เช่น การทำความสะอาดเซลล์ในแนวตั้งของอาคารสูง ซึ่งทำให้เกิดการสูญเสียทรัพยากรบุคคลและต้นทุน

โดยการสูญเสียประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์นี้จากสิ่งสกปรกที่มีข้อมูลอ้างอิงในช่วง 3-6% ในยุโรป (รายปี) และมากถึง 35% ในแถบตะวันออกกลาง (รายเดือน) มีประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากแสงอาทิตย์นั้นไม่ได้สัมผัสกับตัวเซลล์กำเนิดพลังงานโดยตรง ซึ่งมีมาตรการดำเนินการหลากหลายวิธี แต่วิธีที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมที่สุดทั้งด้านต้นทุนและประสิทธิภาพ คือ หุ่นยนต์

วิธีพื้นฐานการทำความสะอาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ สำหรับแนวราบและแนวตั้งที่นิยมใช้งานในกระบวนการอุตสาหกรรม

Manual Cleaning

วิธีทำความสะอาดเซลล์แสงอาทิตย์อย่างง่ายที่ได้รับความนิยม คือ การทำความสะอาดด้วยตัวเองโดยใช้แปรงขัดเฉพาะงานที่มีระดับความสูงแตกต่างกันออกไป บางครั้งรวมถึงการใช้ลิฟท์บนรถเครนเพื่อใช้น้ำประปาทำความสะอาด หากใช้วิธีดังกล่าว ควรพิจารณาค่าใช้จ่ายสาธารณูปโภคและค่าแรงเป็นสำคัญ โดยรูปที่ 1 เป็นตารางแสดงผลประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายในการใช้งานรูปแบบนี้

SPRINKLERS & SPRINKLER CARS

วิธีทำความสะอาดโดยการติดตั้งระบบฉีดน้ำเพื่อชำระล้างสิ่งสกปรก โดยนำน้ำที่ถูกใช้แล้ว นำกลับมาใช้ใหม่พร้อมกับความดันที่สูงมากพอ เพื่อสร้างผลลัพธ์การทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น การใช้งานด้วยเทคโนโลยีดังกล่าวนี้ จะมีค่าใช้จ่ายในการติดตั้งอุปกรณ์การฉีดน้ำและการใช้น้ำเป็นหลัก

ข้อได้เปรียบของวิธีนี้ คือ ใช้แรงงานในการดำเนินการต่ำมาก เพราะเป็นการนำน้ำที่ผ่านกระบวนการกลับมาใช้อีกครั้งด้วยการออกแบบโครงสร้างการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ในการถ่ายเทน้ำ ดังรูปที่ 2 นอกจากนี้ ยังสามารถดัดแปลงรถยนต์ดับเพลิงเพื่อใช้ในการตรวจสอบสภาพการใช้งานได้ดังตารางที่ 2

นอกจากนี้ การใช้งานอุปกรณ์ที่ติดตั้งสนับสนุนการใช้งาน เช่น แปรงหัวฉีดและฟองน้ำที่มีการเคลื่อนย้ายไปบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้มักจะต้องใช้โซ่และชุดขับกำลังกลให้กับเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อเคลื่อนที่ ขณะที่ความพยายามในการบำรุงรักษาที่ยากและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่สูงขึ้น โดยโซลูชั่นเหล่านี้อาจมีความยากลำบากในการเคลื่อนย้าย สำหรับกรณีที่เซลล์แผงอาทิตย์ต่อแบบอาเรย์ (Array)

NANO COATINGS

แสงอาทิตย์จำนวนน้อยที่ส่องผ่านไปยังแผงจากการเคลือบสารนาโน เพื่อป้องกันผลกระทบจากการเกาะของฝุ่นละอองและการเสียดสีของกระแสลมที่นำเศษหิน เศษดิน และเม็ดทรายขนาดเล็กที่พัดผ่าน ดังนั้น การเคลือบสารนาโนจึงเป็นอุปสรรคต่อการรับปริมาณแสงอาทิตย์ที่ไม่เพียงพอต่อการผลิตกำลังไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง

ROBOT CLEAN SOLAR

การแก้ปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น โดยใช้หุ่นยนต์จึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ช่วยประหยัดงบประมาณและค่าใช้จ่ายในการจัดซื้อเครื่องจักรขนาดใหญ่และการใช้แรงงานคนที่ชำนาญงานที่มีค่าจ้างสูง ในบทความนี้ ผู้เขียนจึงแนะนำหุ่นยนต์จำนวน 2 รุ่น ที่ใช้แก้ปัญหาข้างต้น คือ หุ่นยนต์ ‘SOLABRUSH’ และหุ่นยนต์ ‘E4’ มีรายละเอียดของเนื้อหา ดังนี้

หุ่นยนต์ ‘SOLABRUSH’ สามารถเดินบนแผง โซลาร์เซลล์ที่มีความลาดเอียงได้มากถึง 35 องศา หุ่นยนต์มีน้ำหนักเบาและควบคุมแบบไร้สายโดยไม่ต้องปรับแต่งฮาร์ดแวร์ของแปรงทำความสะอาดที่ติดตั้งอยู่ด้านหน้าของหุ่นยนต์ โดยสามารถถอดเปลี่ยนชิ้นส่วนทำความสะอาดได้ง่ายและสามารถประจุพลังงานแบตเตอรี่ซ้ำได้

โดยหุ่นยนต์สามารถวางบนเซลล์แสงอาทิตย์ที่แยกต่างหากออกจากเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดตั้งแบบอาร์เรย์ ที่สามารถเคลื่อนย้ายจากแผงหนึ่งไปยังอีกแผงหนึ่งได้ ‘SOLARBRUSH’ ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการทั้งของลูกค้าที่ต้องการระบบการทำความสะอาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ในภูมิภาคที่แห้งแล้งทั่วทุกมุมโลก ซึ่งเป็นเรื่องง่ายที่สุดที่ใช้ระบบทำความสะอาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยหุ่นยนต์ที่ควบคุมด้วยสวิตช์เพียงตัวเดียวเท่านั้นมีระบบกลไกป้องกันการทำงานที่ผิดพลาดและมีค่าใช้จ่ายต่ำ

โดยมีการประมาณค่าการลงทุนของหุ่นยนต์ ‘SOLARBRUSH’ ที่ประหยัดกว่า 20% เมื่อเทียบกับการซ่อมบำรุงรักษาแผงเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยตนเอง การใช้งานหุ่นยนต์ทำความสะอาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะใช้ในช่วงเวลากลางคืนเท่านั้น เพื่อป้องกันการสูญเสียที่เกิดขึ้นจากเงาของหุ่นยนต์ที่ส่งผลกระทบต่อการผลิตกำลังไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ การใช้งานหุ่นยนต์ทำความสะอาด เพื่อรองรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนสูงมากเป็นพิเศษ ทั้งนี้ รวมถึงการประหยัดน้ำ เพราะน้ำเป็นทรัพยากรที่มีค่าในภูมิภาคแห้งแล้ง เช่น ทะเลทราย เป็นต้น

ส่วนหุ่นยนต์ E4 คือ การใช้หุ่นยนต์ทำความสะอาดที่ยึดหลักการทำความสะอาดที่มีชื่อเรียกว่า ‘Water-Free E4’ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โดยยึดแนวทางการตัดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน การใช้ไมโครไฟเบอร์และระบบการไหลของอากาศในการทำความสะอาดแทนการใช้น้ำ การแก้ปัญหาด้วยหลัก E4 ที่มีประสิทธิภาพมากถึง 99% สำหรับ
การกำจัดฝุ่นละอองที่เกาะติดอยู่บนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ในสภาพที่เลวร้าย เช่น ทะเลทราย เป็นต้น

หลักการของ E4 สำหรับอุตสาหกรรมของแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้หุ่นยนต์ทำความสะอาดในแต่ละแถวของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้งานที่มีประสิทธิภาพด้วยไมโครไฟเบอร์กับการควบคุมการไหลของอากาศ การใช้ประโยชน์จากแรงโน้มถ่วงที่จะขจัดฝุ่นละอองให้มีปริมาณลดลง หุ่นยนต์ดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามโครงสร้างของกรอบอะลูมิเนียมแข็งโดยใช้ล้อของหุ่นยนต์
จะเคลือบด้วยสารยูรีเทน เพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนไหวราบรื่นไม่เป็นปัญหาต่อพื้นผิวของแผงเซลล์แสงอาทิตย์

โดยหุ่นยนต์ทำความสะอาดใช้พลังงานจากมอเตอร์ไฟฟ้า จำนวน 5 ตัว ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าจำนวน 2 ตัว ทำหน้าที่สำหรับการขับเคลื่อนในแนวนอนตามระดับแถวของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนมอเตอร์ไฟฟ้าอีกจำนวน 2 ตัว ทำหน้าที่ในการขับเคลื่อนในแนวตั้ง (การเคลื่อนที่ขึ้นและลง) และมอเตอร์ส่วนที่เหลือทำหน้าที่หมุนส่วนประกอบของไมโครไฟเบอร์ในการทำความสะอาดเพื่อรักษาความเสถียรภาพในการเคลื่อนไหวขึ้นและลงของหุ่นยนต์ได้อย่างราบรื่น การทำความสะอาดมีศักยภาพโดยเฉลี่ยในพื้นที่ขนาด 54 ตารางฟุต ณ เวลาการดำเนินการเท่ากับ 30 วินาที และเริ่มต้นทำงานในช่วงเวลาที่ดวงตะวันลับขอบฟ้าของความมืด เพื่อหลีกเลี่ยงเงาของหุ่นยนต์ที่ส่งผลต่อการผลิตกระแสไฟฟ้า

หุ่นยนต์ดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามโครงสร้างของกรอบอะลูมิเนียมแข็ง โดยใช้ล้อของหุ่นยนต์จะเคลือบด้วยสารยูรีเทน เพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนไหวราบรื่นไม่เป็นปัญหาต่อพื้นผิวของแผงเซลล์แสงอาทิตย์

• รูปที่ 1 ที่มาภาพ: http://www.aerialpower.com/solarbrush และ http://www.solarbrush.co/insigh
• รูปที่ 2 เอกสารอ้างอิง: Sami Al-Ghannamand Saudi Aramco (2012), Comparison Analysis on Different Cleaning Technologies for Photovoltaic Panels of Utility Scale Application,Saudi Arabia-Jeddah.
• รูปที่ 3 เอกสารอ้างอิง: Sami Al-Ghannam and Saudi Aramco (2012), Comparison Analysis on Different Cleaning Technologies for Photovoltaic Panels of Utility Scale Application, Saudi Arabia-Jeddah.
• รูปที่ 4 ที่มาภาพ: http://en.vorweggehen.de/energy-research/an-idea-bears-fruit/