Các ứng dụng và thực tiễn tiên tiến của máy làm sạch tấm pin quang điện tại Ả Rập Xê Út

Là một trong những quốc gia có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào nhất thế giới, Ả Rập Xê Út đang tích cực phát triển ngành công nghiệp sản xuất điện mặt trời để thúc đẩy chuyển đổi cơ cấu năng lượng. Tuy nhiên, những cơn bão cát thường xuyên ở các vùng sa mạc gây ra hiện tượng tích tụ bụi nghiêm trọng trên bề mặt các tấm pin mặt trời, làm giảm đáng kể hiệu suất phát điện – một yếu tố quan trọng hạn chế lợi ích kinh tế của các nhà máy điện mặt trời. Bài viết này phân tích một cách hệ thống tình trạng ứng dụng hiện tại của máy làm sạch tấm pin mặt trời tại Ả Rập Xê Út, tập trung vào cách các giải pháp làm sạch 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 trường hợp, bài viết chứng minh những ưu điểm kỹ thuật và lợi ích kinh tế của chúng. Từ bờ biển Biển Đỏ đến thành phố NEOM, và từ các mảng pin mặt trời cố định truyền thống đến hệ thống theo dõi, các thiết bị làm sạch thông minh này đang định hình lại mô hình bảo trì pin mặt trời 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 nhân rộng cho sự phát triển năng lượng tái tạo trên khắp Trung Đông.

Những thách thức về bụi và nhu cầu làm sạch trong ngành công nghiệp quang điện của Ả Rập Xê Út

Ả Rập Xê Út sở hữu nguồn năng lượng mặt trời đặc biệt dồi dào, với số giờ nắng hàng năm vượt quá 3.000 giờ và tiềm năng sản xuất điện mặt trời lý thuyết đạt 2.200 TWh/năm, biến quốc gia này trở thành một trong những khu vực triển vọng nhất trên thế giới cho phát triển điện 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 năng lượng tái tạo vào năm 2030, trong đó điện mặt trời chiếm phần lớn. Tuy nhiên, trong khi địa hình sa mạc rộng lớn của Ả Rập Xê Út cung cấp không gian dồi dào cho các nhà máy điện mặt trời, nó cũng đặt ra những thách thức vận hành độc đáo—sự tích tụ bụi dẫn đến tổn thất hiệu suất.

Nghiên cứu chỉ ra rằng ở một số khu vực của Bán đảo Ả Rập, các tấm pin mặt trời có thể mất 0,4–0,8% sản lượng điện hàng ngày do ô nhiễm bụi, và mức tổn thất có thể vượt quá 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 điện mặt trời, khiến việc làm sạch mô-đun trở thành một thành phần cốt lõi trong bảo trì điện mặt trời ở sa mạc. Bụi ảnh hưởng đến các tấm pin mặt trời thông qua ba cơ chế chính: thứ nhất, các hạt bụi cản trở ánh sáng mặt trời, làm giảm sự hấp thụ photon của các tế bào quang điện; thứ hai, các lớp bụi tạo thành các rào cản nhiệt, làm tăng nhiệt độ mô-đun và làm giảm hiệu suất chuyển đổi hơn nữa; và thứ ba, các thành phần ăn mòn trong một số loại bụi có thể gây hư hại lâu dài cho bề mặt kính và khung kim loại.

Điều kiện khí hậu độc đáo của Ả Rập Xê Út 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 bẩn nặng mà còn có không khí mặn cao, dẫn đến hỗn hợp bụi muối bám dính trên bề mặt các mô-đun. Khu vực phía đông thường xuyên phải đối mặt với các cơn bão cát có thể tạo ra những lớp bụi dày trên các tấm pin mặt trời trong thời gian ngắn. Thêm vào đó, Ả Rập Xê Út đang 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. Tất cả các yếu tố này tạo ra nhu cầu cấp thiết về các giải pháp làm sạch pin mặt trời tự động, tiết kiệm nước.

Bảng: So sánh đặc điểm ô nhiễm của tấm pin mặt trời ở các vùng khác nhau của Ả Rập Xê Út

Để giải quyết vấn đề nan giải này trong ngành, thị trường điện mặt trời 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 rệt ở Ả Rập Xê Út: một mặt, vị trí sa mạc xa xôi khiến chi phí nhân công rất cao; mặt khác, tình trạng khan hiếm nước ngăn cản việc sử dụng rộng rãi máy rửa áp lực cao. 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 mỗi năm, với lượng nước tiêu thụ cao trái ngược với chiến lược bảo tồn nước của Ả Rập Xê Út. Ngược lại, robot vệ sinh tự động thể hiện 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 làm sạch.

Chính phủ và khu vực tư nhân Ả Rập Xê Út 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 ứng dụng robot làm sạch trong thị trường điện mặt trời của Ả Rập Xê Út. Các công ty công nghệ Trung Quốc, với các sản phẩm đã hoàn thiện và kinh nghiệm ứng dụng rộng rãi trong môi trường sa mạc, đã trở thành nhà cung cấp hàng đầu trong thị trường làm sạch điện mặt trời của Ả Rập Xê Út. Ví dụ, Renoglean Technology, một đối tác trong hệ sinh thái của Sungrow, đã nhận được hơn 13 GW đơn đặt hàng robot làm sạch ở Trung Đông, trở thành công ty dẫn đầu thị trường tại Ả Rập Xê Út về các giải pháp làm sạch thông minh.

Từ góc độ phát triển công nghệ, thị trường vệ sinh tấm pin mặt trời của Ả Rập Xê Út cho thấy ba xu hướng rõ rệt: thứ nhất, sự tiến hóa từ vệ sinh đơn chức năng sang các hoạt động tích hợp, với robot ngày càng tích hợp khả năng kiểm tra và phát hiện điểm nóng; thứ hai, sự chuyển dịch từ các giải pháp nhập khẩu sang các giải pháp thích ứng trong nước, với các sản phẩm được tùy chỉnh cho khí hậu Ả Rập Xê Út; và thứ ba, sự tiến bộ từ hoạt động 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 tấm pin mặt trời của Ả Rập Xê Út hướng tới sự phát triển thông minh và hiệu quả, cung cấp sự đảm bảo về mặt kỹ thuật để đạt được các mục tiêu năng lượng tái tạo theo “Tầm nhìn 2030”.

Đặc điểm kỹ thuật và cấu tạo hệ thống của robot làm sạch pin mặt trời

Robot làm sạch thông minh PV, như một giải pháp công nghệ cho môi trường sa mạc ở Ả Rập Xê Út, tích hợp những đổi mới trong kỹ thuật cơ khí, khoa học vật liệu và công nghệ IoT. So với các phương pháp làm sạch truyền thống, hệ thống robot hiện đại thể hiện những ưu điểm kỹ thuật vượt trội, 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 tính năng 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 khí, robot làm sạch cho thị trường Ả Rập Xê Út chủ yếu thuộc hai loại: robot gắn trên ray và robot tự hành. Robot gắn trên ray thường được cố định vào các giá đỡ tấm pin mặt trời, đạt được khả năng làm sạch toàn bề mặt thông qua hệ thống ray hoặc cáp – lý tưởng cho các nhà máy lớn lắp đặt trên mặt đất. Robot tự hành có tính di động cao hơn, phù hợp với các hệ thống pin mặt trời 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 ở 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 động giữa hệ thống làm sạch và cơ chế theo dõi, đảm bảo làm sạch hiệu quả ngay cả khi các mảng pin mặt trời điều chỉnh góc độ.

Các thành phần cốt lõi của cơ chế làm sạch bao gồm bàn chải quay, thiết bị hút bụi, hệ thống truyền động và bộ điều khiển. Nhu cầu thị trường Ả Rập Xê Út đã thúc đẩy sự đổi mới liên tục trong các bộ phận này: lông bàn chải siêu mịn và làm từ sợi carbon tổng hợp giúp loại bỏ bụi muối bám dính hiệu quả 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 nhiều cát; máy thổi khí áp suất cao tích hợp giúp xử lý bụi bẩn cứng đầu đồng thời giảm thiểu lượng nước sử dụng. Model PR200 của Renoglean thậm chí còn có hệ thống bàn chải “tự làm sạch” tự động loại bỏ bụi tích tụ trong quá trình hoạt động, 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 và lộ trình làm sạch có thể lập trình.
• Khả năng thích ứng với môi trường: Phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -30°C đến 70°C, xếp hạng bảo vệ IP68.
• Thiết kế tiết kiệm nước: Chủ yếu giặt khô, phun sương nước tối thiểu tùy chọn, sử dụng chưa đến 10% lượng nước so với giặt thủ công.
• Khả năng tương thích cao: Tương thích với các mô-đun đơn/hai mặt, bộ theo dõi một trục và nhiều hệ thống lắp đặt khác nhau.

Hệ thống truyền động và nguồn điện đảm bảo hoạt động đáng tin cậy. Ánh nắng mặt trời dồi dào ở Ả Rập Xê Út tạo điều kiện lý tưởng cho robot lau nhà chạy bằng năng lượng mặt trời. Hầu hết các mẫu robot đều sử dụng hệ thống nguồn kép kết hợp tấm pin quang điện hiệu suất cao với pin lithium, đảm bảo hoạt động ngay cả trong những ngày nhiều mây. Đặc biệt, để đối phó với cái nóng gay gắt mùa hè, các nhà sản xuất hàng đầu đã phát triển các hệ thống quản lý nhiệt pin độc đáo sử dụng vật liệu chuyển pha và làm mát chủ động để duy trì nhiệt độ hoạt động 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 chi phí bảo trì thấp, kết hợp với bộ giảm tốc chính xác để cung cấp đủ lực kéo trên địa hình cát.

Hệ thống điều khiển thông minh đóng vai trò là “bộ não” của robot và là điểm khác biệt công nghệ nổi bật nhất. Robot vệ sinh hiện đại thường được trang bị nhiều cảm biến môi trường, theo dõi lượng bụi tích tụ, điều kiện thời tiết và nhiệt độ mô-đun trong thời gian thực. Thuật toán AI tự động điều chỉnh chiến lược làm sạch dựa trên dữ liệu này, chuyển từ chế độ làm sạch theo lịch trình sang làm sạch theo yêu cầu. Ví dụ, tăng cường làm sạch trước khi có bão cát và kéo dài thời gian làm sạch sau mưa. Hệ thống điều khiển giao tiếp đám mây của Renoglean cũng hỗ trợ điều phối nhiều robot ở cấp độ nhà máy, tránh gây gián đoạn sản xuất điện không cần thiết do hoạt động làm sạch. Những tính năng thông minh này cho phép robot vệ sinh duy trì hiệu suất tối ưu bất chấp khí hậu thay đổi của Ả Rập Xê Út.

Kiến trúc mạng cho việc liên lạc và quản lý dữ liệu cũng đã được tối ưu hóa cho điều kiện của Ả Rập Xê Út. Do nhiều nhà máy điện mặt trời lớn nằm ở vùng sa mạc hẻo lánh với cơ sở hạ tầng kém, hệ thống robot làm sạch sử dụng mạng lai: tầm ngắn thông qua mạng lưới LoRa hoặc Zigbee, tầm xa thông qua 4G/vệ tinh. Để đảm bảo an ninh 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 các robot trong thời gian thực thông qua ứng dụng di động hoặc nền tảng web, nhận cảnh báo lỗi và điều chỉnh các thông số từ xa—giúp cải thiện đáng kể hiệu quả quản lý.

Để đảm bảo độ bền, robot vệ sinh đã được tối ưu hóa đặc biệt từ khâu lựa chọn vật liệu đến xử lý bề mặt cho môi trường nhiệt độ cao, độ ẩm cao và hàm lượng muối cao của Ả Rập Xê Út. Khung hợp kim nhôm được xử lý bằng phương pháp anod hóa, các khớp nối quan trọng sử dụng thép không gỉ để chống ăn mòn do muối biển Biển Đỏ; tất cả các linh kiện điện tử đều đáp ứng các tiêu chuẩn bảo vệ công nghiệp với khả năng chống cát xâm nhập tuyệt vời; xích hoặc lốp cao su được chế tạo đặc biệt duy trì độ đàn hồi trong điều kiện nhiệt độ cực cao, ngăn ngừa sự lão hóa vật liệu do biến động nhiệt độ sa mạc. Những thiết kế này cho phép robot vệ sinh đạt được 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, giảm đáng kể chi phí bảo trì vòng đời.

Việc ứng dụng thành công robot làm sạch pin mặt trời tại Ả Rập Xê Út cũng phụ thuộc vào hệ thống dịch vụ địa phương hóa. Các nhà sản xuất hàng đầu như Renoglean đã thiết lập các kho phụ tùng và trung tâm đào tạo kỹ thuật tại Ả Rập Xê Út, đồng thời xây dựng các đội ngũ bảo trì địa phương để đáp ứng nhanh chóng. Để phù hợp với phong tục tập quán của người 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 địa phương hóa sâu rộng này không chỉ nâng cao sự hài lòng của khách hàng mà còn đặt nền tảng vững chắc cho sự mở rộng liên tục của công nghệ làm sạch thông minh của Trung Quốc tại thị trường Trung Đông.

Nhờ những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT), robot vệ sinh tấm pin mặt trời đang phát triển từ những công cụ làm sạch đơn giản thành các thiết bị vận hành và bảo trì thông minh. Các sản phẩm thế hệ mới hiện tích hợp 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 làm sạch; thuật toán máy học phân tích dữ liệu làm sạch dài hạn để dự đoán mô hình tích tụ bụi và sự suy giảm hiệu suất của mô-đun. Những chức năng mở rộng này nâng cao vai trò của robot vệ sinh trong các nhà máy điện mặt trời ở Ả Rập Xê Út, dần dần biến chúng từ các trung tâm chi phí thành các yếu tố tạo ra giá trị, mang lại lợi nhuận bổ sung cho các nhà đầu tư nhà máy.

Ứng dụng công nghệ làm sạch thông minh tại nhà máy điện mặt trời ven biển Biển Đỏ.

Dự án điện mặt trời Biển Đỏ công suất 400 MW, là một trong những 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 trường hợp 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 này 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 độc đáo: nhiệt độ trung bình hàng năm vượt quá 30°C, độ ẩm tương đối luôn vượt quá 60%, và không khí giàu muối dễ dàng tạo thành các lớp bụi muối cứng đầu trên các tấm pin mặt trời - những điều kiện mà các phương pháp làm sạch truyền thống tỏ ra không hiệu quả và tốn kém.

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

Việc triển khai hệ thống làm sạch của dự án Biển Đỏ đã thể hiện khả năng thích ứng kỹ thuật vượt trội. Nền đất ven biển mềm gây ra hiện tượng lún không đều tại một số vị trí lắp đặt dàn pin mặt trời, dẫn đến độ lệch độ phẳng của đường ray lên đến ±15 cm. Nhóm kỹ thuật của Renoglean đã phát triển các hệ thống treo thích ứng cho phép robot làm sạch hoạt động trơn tru trên các chênh lệch độ cao 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 riêng lẻ bao phủ các đoạn dàn pin 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 cho việc mở rộng trong tương lai, cho phép công suất hệ thống làm sạch tăng trưởng song song với công suất nhà máy.

Vui lòng liên hệ Công ty TNHH Công nghệ Honde.

Email: info@hondetech.com

Trang web công ty:www.hondetechco.com

Điện thoại: +86-15210548582