Ứng dụng và thực hành sáng tạo của máy vệ sinh tấm pin quang điện tại Ả Rập Saudi

Là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời dồi dào nhất toàn cầu, Ả Rập Xê Út đang phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp sản xuất điện quang điện để thúc đẩy chuyển đổi cơ cấu năng lượng. Tuy nhiên, bão cát thường xuyên ở các vùng sa mạc gây ra sự tích tụ bụi nghiêm trọng trên bề mặt tấm pin quang điện (PV), làm giảm đáng kể hiệu suất phát điện - một yếu tố then chốt hạn chế lợi ích kinh tế của các nhà máy điện mặt trời. Bài viết này phân tích một cách có hệ thống tình trạng ứng dụng hiện tại của máy vệ sinh tấm pin quang điện (PV) tại Ả Rập Xê Út, tập trung vào cách các giải pháp vệ sinh thông minh do các công ty công nghệ Trung Quốc phát triển giải quyết những thách thức của môi trường sa mạc khắc nghiệt. Thông qua nhiều nghiên cứu điển hình, bài viết chứng minh những lợi thế kỹ thuật và lợi ích kinh tế của chúng. Từ bờ biển Biển Đỏ đến thành phố NEOM, và từ các mảng PV cố định truyền thống đến các hệ thống theo dõi, những thiết bị vệ sinh thông minh này đang định hình lại các mô hình bảo trì PV của Ả Rập Xê Út với hiệu suất cao, tính năng tiết kiệm nước và khả năng tự động hóa, đồng thời cung cấp các mô hình công nghệ có thể sao chép để phát triển năng lượng tái tạo trên khắp Trung Đông.

Thách thức về bụi và nhu cầu làm sạch trong ngành công nghiệp PV của Ả Rập Xê Út

Ả Rập Xê Út sở hữu nguồn tài nguyên năng lượng mặt trời dồi dào, với số giờ nắng hàng năm vượt quá 3.000 giờ và tiềm năng phát điện mặt trời lý thuyết đạt 2.200 TWh/năm, khiến quốc gia này trở thành một trong những khu vực triển vọng nhất trên toàn cầu về phát triển năng lượng mặt trời. Được thúc đẩy bởi chiến lược quốc gia “Tầm nhìn 2030”, Ả Rập Xê Út đang đẩy nhanh việc triển khai năng lượng tái tạo, đặt mục tiêu đạt 58,7 GW công suất tái tạo vào năm 2030, trong đó điện mặt trời chiếm phần lớn. Tuy nhiên, mặc dù địa hình sa mạc rộng lớn của Ả Rập Xê Út cung cấp không gian rộng rãi cho các nhà máy điện mặt trời, nhưng nó cũng đặt ra những thách thức vận hành đặc thù - tích tụ bụi dẫn đến giảm hiệu suất.

Nghiên cứu chỉ ra rằng ở một số khu vực trên Bán đảo Ả Rập, các tấm pin quang điện (PV) có thể mất 0,4–0,8% sản lượng điện hàng ngày do ô nhiễm bụi, với tổn thất có thể lên tới hơn 60% trong các trận bão cát nghiêm trọng. Sự suy giảm hiệu suất này ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận kinh tế của các nhà máy quang điện, khiến việc vệ sinh tấm pin trở thành một phần cốt lõi trong việc bảo trì PV sa mạc. Bụi ảnh hưởng đến các tấm pin quang điện thông qua ba cơ chế chính: thứ nhất, các hạt bụi chặn ánh sáng mặt trời, làm giảm khả năng hấp thụ photon của các tế bào quang điện; thứ hai, các lớp bụi tạo thành các rào cản nhiệt, làm tăng nhiệt độ tấm pin và làm giảm hiệu suất chuyển đổi; và thứ ba, các thành phần ăn mòn trong một số loại bụi có thể gây hư hỏng lâu dài cho bề mặt kính và khung kim loại.

Điều kiện khí hậu đặc thù của Ả Rập Xê Út càng làm trầm trọng thêm vấn đề này. Khu vực ven biển Biển Đỏ ở phía tây Ả Rập Xê Út không chỉ chịu ảnh hưởng của bụi dày đặc mà còn có không khí có độ mặn cao, dẫn đến hỗn hợp muối-bụi bám dính trên bề mặt tấm pin. Khu vực phía đông thường xuyên phải hứng chịu những cơn bão cát có thể lắng đọng lớp bụi dày trên các tấm pin quang điện (PV) trong thời gian ngắn. Ngoài ra, Ả Rập Xê Út còn phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước nghiêm trọng, với 70% nước uống phụ thuộc vào quá trình khử muối, khiến các phương pháp rửa thủ công truyền thống trở nên tốn kém và không bền vững. Những yếu tố này cùng nhau tạo ra nhu cầu cấp thiết về các giải pháp vệ sinh PV tự động, tiết kiệm nước.

Bảng: So sánh đặc điểm ô nhiễm của tấm pin quang điện ở các khu vực khác nhau của Ả Rập Xê Út

Giải quyết điểm yếu này của ngành, thị trường điện mặt trời (PV) của Ả Rập Xê Út đang chuyển đổi từ phương pháp vệ sinh thủ công sang phương pháp vệ sinh tự động thông minh. Các phương pháp thủ công truyền thống bộc lộ những hạn chế rõ ràng tại Ả Rập Xê Út: một mặt, các vị trí sa mạc xa xôi khiến chi phí nhân công tăng cao; mặt khác, tình trạng khan hiếm nước cản trở việc sử dụng máy rửa áp lực cao trên diện rộng. Ước tính cho thấy tại các nhà máy ở vùng sâu vùng xa, chi phí vệ sinh thủ công có thể lên tới 12.000 đô la Mỹ/MW điện mỗi năm, với mức tiêu thụ nước cao, trái ngược với các chiến lược tiết kiệm nước của Ả Rập Xê Út. Ngược lại, robot vệ sinh tự động cho thấy những lợi thế đáng kể, tiết kiệm hơn 90% chi phí nhân công đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng nước thông qua việc kiểm soát chính xác tần suất và cường độ vệ sinh.

Chính phủ và khu vực tư nhân Saudi Arabia nhận thức được tầm quan trọng của công nghệ làm sạch thông minh, đặc biệt khuyến khích các giải pháp tự động hóa trong Chương trình Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREP). Định hướng chính sách này đã thúc đẩy việc áp dụng robot làm sạch tại các thị trường điện mặt trời (PV) của Saudi Arabia. Các công ty công nghệ Trung Quốc, với sản phẩm tiên tiến và kinh nghiệm ứng dụng rộng rãi trên sa mạc, đã trở thành nhà cung cấp hàng đầu trên thị trường làm sạch điện mặt trời của Saudi Arabia. Ví dụ, Renoglean Technology, một đối tác hệ sinh thái của Sungrow, đã ký kết hơn 13 GW đơn đặt hàng robot làm sạch tại Trung Đông, vươn lên trở thành công ty dẫn đầu thị trường tại Saudi Arabia về các giải pháp làm sạch thông minh.

Từ góc độ phát triển công nghệ, thị trường vệ sinh PV của Ả Rập Xê Út cho thấy ba xu hướng rõ ràng: thứ nhất, chuyển đổi từ vệ sinh đơn chức năng sang vận hành tích hợp, với robot ngày càng tích hợp khả năng kiểm tra và phát hiện điểm nóng; thứ hai, chuyển từ các giải pháp nhập khẩu sang các giải pháp nội địa hóa, với các sản phẩm được tùy chỉnh cho phù hợp với khí hậu của Ả Rập Xê Út; và thứ ba, chuyển từ vận hành độc lập sang hợp tác hệ thống, tích hợp sâu với các hệ thống theo dõi và nền tảng vận hành và bảo trì thông minh. Những xu hướng này cùng nhau thúc đẩy việc bảo trì PV của Ả Rập Xê Út hướng tới phát triển thông minh và hiệu quả, cung cấp sự đảm bảo kỹ thuật để đạt được các mục tiêu năng lượng tái tạo theo “Tầm nhìn 2030”.

Tính năng kỹ thuật và thành phần hệ thống của robot vệ sinh PV

Robot vệ sinh thông minh sử dụng năng lượng mặt trời (PV), giải pháp công nghệ cho môi trường sa mạc Ả Rập Xê Út, tích hợp các cải tiến trong kỹ thuật cơ khí, khoa học vật liệu và công nghệ IoT. So với các phương pháp vệ sinh truyền thống, hệ thống robot hiện đại thể hiện những ưu điểm kỹ thuật đáng kể, với thiết kế cốt lõi xoay quanh bốn mục tiêu: loại bỏ bụi hiệu quả, tiết kiệm nước, điều khiển thông minh và độ tin cậy. Trong điều kiện khí hậu sa mạc khắc nghiệt của Ả Rập Xê Út, những đặc điểm này đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí bảo trì dài hạn và doanh thu sản xuất điện.

Về mặt cơ học, robot vệ sinh cho thị trường Ả Rập Xê Út chủ yếu được chia thành hai loại: gắn ray và tự hành. Robot gắn ray thường được cố định vào giá đỡ mảng PV, đạt độ phủ sóng toàn bộ bề mặt thông qua hệ thống ray hoặc cáp — lý tưởng cho các nhà máy lắp đặt trên mặt đất quy mô lớn. Robot tự hành có khả năng di chuyển linh hoạt hơn, phù hợp với hệ thống PV phân tán trên mái nhà hoặc địa hình phức tạp. Đối với các mô-đun hai mặt và hệ thống theo dõi được sử dụng rộng rãi tại Ả Rập Xê Út, các nhà sản xuất hàng đầu như Renoglean đã phát triển các robot chuyên dụng với "công nghệ cầu nối" độc đáo cho phép phối hợp linh hoạt giữa hệ thống vệ sinh và cơ chế theo dõi, đảm bảo hiệu quả vệ sinh ngay cả khi mảng PV điều chỉnh góc.

Các thành phần cốt lõi của cơ chế làm sạch bao gồm chổi xoay, thiết bị loại bỏ bụi, hệ thống truyền động và bộ điều khiển. Nhu cầu thị trường Saudi Arabia đã thúc đẩy sự đổi mới liên tục trong các bộ phận này: lông chổi siêu mịn và sợi carbon composite loại bỏ hiệu quả bụi muối dính mà không làm trầy xước bề mặt mô-đun; vòng bi tự bôi trơn và động cơ kín đảm bảo độ tin cậy lâu dài trong môi trường cát; quạt gió áp suất cao tích hợp xử lý bụi bẩn cứng đầu đồng thời giảm thiểu lượng nước sử dụng. Model PR200 của Renoglean thậm chí còn được trang bị hệ thống chổi "tự làm sạch" tự động loại bỏ bụi tích tụ trong quá trình vận hành, duy trì hiệu suất làm sạch ổn định.

• Loại bỏ bụi hiệu quả: Hiệu suất làm sạch >99,5%, tốc độ vận hành 15–20 mét/phút
• Điều khiển thông minh: Hỗ trợ giám sát từ xa IoT, tần suất làm sạch có thể lập trình và đường dẫn
• Thích ứng với môi trường: Phạm vi nhiệt độ hoạt động -30°C đến 70°C, xếp hạng bảo vệ IP68
• Thiết kế tiết kiệm nước: Chủ yếu giặt khô, tùy chọn phun sương nước tối thiểu, sử dụng <10% lượng nước giặt thủ công
• Khả năng tương thích cao: Thích ứng với các mô-đun đơn/hai mặt, bộ theo dõi trục đơn và nhiều hệ thống lắp đặt khác nhau

Hệ thống truyền động và nguồn điện đảm bảo hoạt động đáng tin cậy. Ánh nắng dồi dào của Ả Rập Xê Út mang đến điều kiện lý tưởng cho robot vệ sinh chạy bằng năng lượng mặt trời. Hầu hết các mẫu máy đều sử dụng hệ thống nguồn điện kép kết hợp tấm pin quang điện hiệu suất cao với pin lithium, đảm bảo hoạt động ngay cả trong những ngày nhiều mây. Đáng chú ý, để giải quyết vấn đề nắng nóng khắc nghiệt của mùa hè, các nhà sản xuất hàng đầu đã phát triển hệ thống quản lý nhiệt pin độc đáo, sử dụng vật liệu chuyển pha và làm mát chủ động để duy trì nhiệt độ vận hành an toàn, kéo dài đáng kể tuổi thọ pin. Đối với động cơ truyền động, động cơ DC không chổi than (BLDC) được ưa chuộng nhờ hiệu suất cao và ít bảo trì, kết hợp với bộ giảm tốc chính xác để tạo lực kéo đủ mạnh trên địa hình cát.

Hệ thống điều khiển thông minh đóng vai trò là "bộ não" của robot và đại diện cho sự khác biệt công nghệ rõ rệt nhất. Robot vệ sinh hiện đại thường được trang bị nhiều cảm biến môi trường, theo dõi sự tích tụ bụi, điều kiện thời tiết và nhiệt độ mô-đun theo thời gian thực. Các thuật toán AI tự động điều chỉnh chiến lược vệ sinh dựa trên dữ liệu này, chuyển đổi từ chế độ vệ sinh theo lịch trình sang vệ sinh theo yêu cầu. Ví dụ: tăng cường vệ sinh trước bão cát và kéo dài thời gian vệ sinh sau mưa. "Hệ thống Điều khiển Truyền thông Đám mây" của Renoglean cũng hỗ trợ điều phối nhiều robot ở cấp độ nhà máy, tránh gián đoạn phát điện không cần thiết từ các hoạt động vệ sinh. Những tính năng thông minh này cho phép robot vệ sinh duy trì hiệu suất tối ưu bất chấp khí hậu thay đổi thất thường của Ả Rập Xê Út.

Kiến trúc mạng cho truyền thông và quản lý dữ liệu cũng đã được tối ưu hóa cho phù hợp với điều kiện của Ả Rập Xê Út. Do nhiều nhà máy điện mặt trời lớn nằm ở vùng sa mạc xa xôi với cơ sở hạ tầng kém, các hệ thống robot vệ sinh sử dụng mạng lưới kết hợp: tầm ngắn qua mạng lưới LoRa hoặc Zigbee, tầm xa qua 4G/vệ tinh. Về bảo mật dữ liệu, hệ thống hỗ trợ lưu trữ mã hóa cục bộ và sao lưu đám mây, tuân thủ các quy định dữ liệu ngày càng nghiêm ngặt của Ả Rập Xê Út. Người vận hành có thể giám sát tất cả robot theo thời gian thực thông qua ứng dụng di động hoặc nền tảng web, nhận cảnh báo lỗi và điều chỉnh thông số từ xa - giúp cải thiện đáng kể hiệu quả quản lý.

Về thiết kế bền bỉ, robot vệ sinh đã được tối ưu hóa đặc biệt từ khâu lựa chọn vật liệu đến xử lý bề mặt, phù hợp với môi trường nhiệt độ, độ ẩm và hàm lượng muối cao của Ả Rập Xê Út. Khung hợp kim nhôm được anot hóa, các đầu nối quan trọng sử dụng thép không gỉ để chống ăn mòn muối biển ven bờ Biển Đỏ; tất cả các linh kiện điện tử đều đáp ứng các tiêu chuẩn bảo vệ công nghiệp với khả năng bịt kín tuyệt vời chống lại sự xâm nhập của cát; bánh xích hoặc lốp cao su được chế tạo đặc biệt duy trì độ đàn hồi trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, ngăn ngừa vật liệu bị lão hóa do biến động nhiệt độ sa mạc. Những thiết kế này cho phép robot vệ sinh đạt thời gian trung bình giữa các lần hỏng hóc (MTBF) vượt quá 10.000 giờ trong điều kiện khắc nghiệt của Ả Rập Xê Út, giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì vòng đời.

Việc ứng dụng thành công robot vệ sinh PV tại Ả Rập Xê Út cũng phụ thuộc vào hệ thống dịch vụ nội địa hóa. Các nhà sản xuất hàng đầu như Renoglean đã thành lập kho phụ tùng và trung tâm đào tạo kỹ thuật tại Ả Rập Xê Út, đào tạo đội ngũ bảo trì địa phương để phản ứng nhanh chóng. Để phù hợp với văn hóa Ả Rập Xê Út, giao diện và tài liệu được cung cấp bằng tiếng Ả Rập, với lịch trình bảo trì được tối ưu hóa cho các ngày lễ Hồi giáo. Chiến lược nội địa hóa sâu rộng này không chỉ nâng cao sự hài lòng của khách hàng mà còn đặt nền tảng vững chắc cho việc tiếp tục mở rộng công nghệ vệ sinh thông minh của Trung Quốc tại thị trường Trung Đông.

Với những tiến bộ trong AI và IoT, robot vệ sinh PV đang phát triển từ những công cụ vệ sinh đơn giản thành các nút O&M thông minh. Các sản phẩm thế hệ mới hiện nay tích hợp các thiết bị chẩn đoán như camera ảnh nhiệt và máy quét đường cong IV, thực hiện kiểm tra tình trạng linh kiện trong quá trình vệ sinh; các thuật toán học máy phân tích dữ liệu vệ sinh dài hạn để dự đoán mô hình tích tụ bụi và sự suy giảm hiệu suất mô-đun. Những chức năng mở rộng này nâng cao vai trò của robot vệ sinh trong các nhà máy điện mặt trời tại Ả Rập Xê Út, dần dần chuyển đổi chúng từ trung tâm chi phí thành những yếu tố tạo ra giá trị, mang lại lợi nhuận bổ sung cho các nhà đầu tư nhà máy.

Trường hợp ứng dụng làm sạch thông minh tại Nhà máy điện mặt trời ven biển Biển Đỏ

Dự án Điện Mặt Trời Biển Đỏ 400 MW, là nhà máy điện mặt trời quy mô lớn đầu tiên tại Ả Rập Xê Út, đã phải đối mặt với những thách thức điển hình về độ mặn và độ ẩm cao của khu vực, trở thành một ví dụ điển hình cho công nghệ làm sạch thông minh của Trung Quốc tại Ả Rập Xê Út. Được phát triển bởi ACWA Power, dự án là một thành phần quan trọng trong kế hoạch năng lượng tái tạo “Tầm nhìn 2030” của Ả Rập Xê Út. Vị trí của dự án có điều kiện khí hậu cực kỳ đặc thù: nhiệt độ trung bình hàng năm vượt quá 30°C, độ ẩm tương đối luôn vượt quá 60%, và không khí giàu muối dễ hình thành lớp vỏ bụi muối cứng đầu trên các tấm pin mặt trời - điều kiện mà các phương pháp làm sạch truyền thống tỏ ra kém hiệu quả và tốn kém.

Để giải quyết những thách thức này, dự án cuối cùng đã áp dụng giải pháp vệ sinh tùy chỉnh của Renoglean dựa trên robot vệ sinh PV dòng PR, tích hợp nhiều cải tiến công nghệ đặc biệt cho môi trường có hàm lượng muối cao: khung hợp kim titan chống ăn mòn và ổ trục kín ngăn ngừa hư hỏng do muối gây ra cho các bộ phận quan trọng; sợi chổi được xử lý đặc biệt giúp tránh sự hấp thụ các hạt muối và ô nhiễm thứ cấp trong quá trình vệ sinh; hệ thống điều khiển được bổ sung cảm biến độ ẩm để tự động điều chỉnh cường độ vệ sinh trong điều kiện độ ẩm cao nhằm đạt được kết quả tối ưu. Đáng chú ý, robot vệ sinh của dự án đã nhận được chứng nhận chống ăn mòn cao nhất của ngành công nghiệp PV toàn cầu, đại diện cho giải pháp vệ sinh tiên tiến nhất về mặt kỹ thuật tại Trung Đông vào thời điểm đó.

Việc triển khai hệ thống làm sạch của dự án Biển Đỏ đã chứng minh khả năng thích ứng kỹ thuật vượt trội. Nền đất yếu ven biển gây ra tình trạng lún không đều tại một số vị trí lắp đặt mảng, dẫn đến độ lệch độ phẳng của ray lên đến ±15 cm. Đội ngũ kỹ thuật của Renoglean đã phát triển các hệ thống treo thích ứng cho phép robot làm sạch hoạt động trơn tru trên những độ cao chênh lệch này, đảm bảo phạm vi làm sạch không bị ảnh hưởng bởi địa hình. Hệ thống cũng áp dụng thiết kế mô-đun, với các đơn vị robot đơn lẻ bao phủ các đoạn mảng dài khoảng 100 mét - các đơn vị có thể hoạt động độc lập hoặc phối hợp thông qua điều khiển trung tâm để quản lý toàn bộ nhà máy hiệu quả. Kiến trúc linh hoạt này tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho việc mở rộng trong tương lai, cho phép công suất hệ thống làm sạch tăng trưởng cùng với công suất nhà máy.

Vui lòng liên hệ với Công ty TNHH Công nghệ Honde.

Email: info@hondetech.com

Trang web của công ty:www.hondetechco.com

Điện thoại: +86-15210548582