Advancements in solar panel maintenance: a review of IoT-integrated automatic dust cleaning systems

• Autorzy: Balamurugan Rangaswamy , Nithya Ramasamy

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.6614

Warianty tytułu

PL

Rozwój w konserwacji paneli słonecznych: przegląd systemów automatycznego czyszczenia z kurzu opartych na Internecie rzeczy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study aims to develop an IoT-integrated automatic dust cleaning device tailored for solar panels to enhance their performance and longevity. The cleaning process combines dry and wet cleaning techniques to effectively clean solar panels in a single line. First, dry cleaning methods such as brushes are used to remove loose debris like dust, leaves, and bird droppings. Then, wet cleaning is applied using a vinegar with mild detergent solution to remove stubborn stains and dirt buildup. This combination ensures thorough cleaning while minimizing water usage and environmental impact. The developed IoT-integrated automatic dust cleaning device effectively mitigates the negative impact of dust accumulation on solar panel performance. When compared to the characteristics of the clean module, the short circuit current (ISC) and output power of the photovoltaic solar modules with dust accumulation on their surface are reduced. For a day, a week, and a month of panel exposure to dust, the average deprivation rates of the solar modules' efficiency exposed to dust are 7.32%, 10.78%, and 14.52%, respectively. Experimental results demonstrate significant improvements in energy output and operational efficiency of in average of 12.37%, following the implementation of this cleaning system. This system shows good solution to analyze the solar panel performance and to optimize it. This study presents a novel approach by integrating IoT technology into automatic dust cleaning devices for solar panels, enabling proactive maintenance and remote monitoring capabilities. It offers both dry and wet cleaning methods consequently for having optimized output. The innovative design contributing to the sustainability of solar energy systems with low cost for the users and provides remote accessing of data from anywhere in the world through cloud server. It is cost effective solution for the solar farm maintenance and helps in reducing the frequent manual interventions.

PL

Celem tego badania jest opracowanie zintegrowanego z IoT urządzenia do automatycznego czyszczenia kurzu dostosowanego do paneli słonecznych w celu zwiększenia ich wydajności i trwałości. Proces czyszczenia łączy techniki czyszczenia na sucho i na mokro, aby skutecznie czyścić panele słoneczne w jednym kroku. Najpierw stosuje się metody czyszczenia na sucho, takie jak szczotki, aby usunąć luźne zanieczyszczenia, jak kurz, liście i ptasie odchody. Następnie stosuje się czyszczenie na mokro przy użyciu octu z łagodnym roztworem detergentu, aby usunąć uporczywe plamy i nagromadzony brud. Ta kombinacja zapewnia dokładne czyszczenie przy jednoczesnym zminimalizowaniu zużycia wody i wpływu na środowisko. Opracowane zintegrowane z IoT automatyczne urządzenie do czyszczenia kurzu skutecznie łagodzi negatywny wpływ gromadzenia się kurzu na wydajność paneli słonecznych. W porównaniu z charakterystyką czystego modułu, prąd zwarciowy (ISC) i moc wyjściowa modułów fotowoltaicznych z nagromadzonym na ich powierzchni kurzem są zmniejszone. W przypadku dnia, tygodnia i miesiąca narażenia panelu na kurz średnie wskaźniki utraty wydajności modułów słonecznych narażonych na kurz wynoszą odpowiednio 7,32%, 10,78% i 14,52%. Wyniki eksperymentów wykazują znaczną poprawę wydajności energetycznej i sprawności operacyjnej wynoszącą średnio 12,37% po wdrożeniu tego systemu czyszczącego. System ten stanowi dobre rozwiązanie do analizy wydajności paneli słonecznych i jej optymalizacji. W niniejszym badaniu przedstawiono nowatorskie podejście poprzez integrację technologii IoT z urządzeniami do automatycznego czyszczenia paneli słonecznych, umożliwiając proaktywną konserwację i możliwości zdalnego monitorowania. Oferuje on zarówno metody czyszczenia na sucho, jak i na mokro, co pozwala na zoptymalizowanie wydajności. Innowacyjna konstrukcja przyczynia się do zrównoważonego rozwoju systemów energii słonecznej przy niskich kosztach dla użytkowników i zapewnia zdalny dostęp do danych z dowolnego miejsca na świecie za pośrednictwem serwera w chmurze. Jest to opłacalne rozwiązanie do konserwacji farmy słonecznej i pomaga w ograniczeniu częstych ręcznych interwencji.

Słowa kluczowe

EN

IoT; automatic cleaning; dust removal; solar panels; renewable energy

PL

IoT; automatyczne czyszczenie; usuwanie kurzu; panele słoneczne; energia odnawialna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 15, nr 1
• Strony: 39--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Balamurugan Rangaswamy

• K.S.Rangasamy College of Technology, Department of Electrical and Electronics Engineering, Tiruchengode, India

• https://orcid.org/0000-0002-1040-7731

autor

Nithya Ramasamy

• K.S.Rangasamy College of Technology, Department of Electrical and Electronics Engineering, Tiruchengode, India

• https://orcid.org/0009-0005-1527-763X

Bibliografia

• [1] Abdolahzadeh M. et al.: Numerical simulation of dust deposition on rooftop of photovoltaic parking lots supporting electric vehicles charging. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 239, 2023, 105444 [https://doi.org/10.1016/j.jweia.2023.105444].
• [2] Al-Badra M. Z. et al.: A novel technique for cleaning PV panels using antistatic coating with a mechanical vibrator. Energy Reports 6, 2020, 1633–1637 [https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.06.020].
• [3] Amirov D. I, Zatsarinnaya Y. N.: Automated system for cleaning solar panels based on a linear actuator. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 1035(1), 2021, 1–6 [https://doi.org/10.1088/1757-899X/1035/1/012001].
• [4] Biswas S. et al.: IoT-Based Automated Solar Panel Cleaning and Monitoring Technique. Journal of Engineering Research and Reports 25(8), 2023, 56–69 [https://doi.org/10.9734/jerr/2023/v25i8959].
• [5] Dhanalakshmi K. S. et al.: Solar Panel Cleaning Robot Using Wireless Communication. Annals of the Romanian Society for Cell Biology, 2021, 17107–17116.
• [6] Guarav P. et al.: Solar Panel Cleaner Using Vibrator and Air Blower for Desert Location. International Journal of Advanced Research in Science, Communication and Technology (IJARSCT) 2(1), 2022, 138–145 [https://doi.org/10.48175/IJARSCT-4575].
• [7] Haris M. et al.: Dust accumulation and aggregation on PV panels: An integrated survey on impacts, mathematical models, cleaning mechanisms, and possible sustainable solution. Solar Energy 251, 2023, 261–285 [https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.01.010].
• [8] Hasan A, Dincer I.: A new performance assessment methodology of bifacial photovoltaic solar panels for offshore applications. Energy Conversion and Management 220(1129720), 2020, 1–6 [https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112972].
• [9] Khadka N. et al.: Smart solar photovoltaic panel cleaning system. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 463(1), 2020, 1–9 [https://doi.org/10.1088/1755-1315/463/1/012121].
• [10] Manju B. et al.: Automatic solar panel cleaning system. International Journal of Advances in Scientific Research and Engineering 4(7), 2018, 26–31 [https://doi.org/10.31695/IJASRE.2018.32778].
• [11] Moharram K. A. et al.: Influence of cleaning using water and surfactants on the performance of photovoltaic panels. Energy Conversion and Management 68, 2013, 266–272 [https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.01.022].
• [12] Vaghani M. et al.: Automated Solar Panel Cleaning System using IoT. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) 6(4), 2019, 1392–1395.
• [13] Vinith S. et al.: IoT based Smart and Automated Solar Panel Cleaning System. Second International Conference on Electronics and Renewable Systems (ICEARS), Tuticorin, India, 2023, 566–571 [https://doi.org/10.1109/ICEARS56392.2023.10085427].
• [14] Waqas R. et al.: Experimental investigation of soiling losses and a novel cost effective cleaning system for PV modules. Solar Energy 201, 2020, 298–306 [https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.03.014].
• [15] Zatsarinnaya Y. et al: Solar Panel Cleaning System Based on the Arduino Microcontroller. Ural Smart Energy Conference (USEC), Ekaterinburg, Russia, 2020, 17–20 [https://doi.org/10.1109/USEC50097.2020.9281239].