光伏電站組件清洗方法及效果初探

楊柏海

【摘要】污濁物會對光伏組件產(chǎn)生很大的影響。為盡可能提高組件的發(fā)電效率，本文針對不同的組件形式 及其安裝方法，進行了清洗方式的經(jīng)濟分析，并提出相應(yīng)的清洗的策略。探討高效節(jié)水的清洗方式。

【關(guān)鍵詞】光伏；污濁；效率；清洗；經(jīng)濟分析

1、前言

隨著環(huán)境的日益惡化和人類環(huán)保意識的深入，光伏發(fā)電作為主要綠色能源之一，越來越多的得以應(yīng)用。光伏電站的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模也越來越大。而光伏電站一旦建成，其發(fā)電量基本上是靠天吃飯，人力所能控制的除了避免電氣設(shè)備故障帶來損失外，主要途徑就是對組件表面進行清洗，這一點在有污染和沙塵的地方尤為明顯。因此在條件允許的情況下，對光伏電站的組件定期進行清洗是必要和有效的。

2、污濁物影響組件發(fā)電效率的原理分析

光伏組件（以下簡稱組件）表面污濁對其發(fā)電效率的影響相當顯著。其影響的原理主要可理解為兩個方面：一是表面的污濁影響了光線的透射率，進而影響組件表面接收到的輻射量。二是組件表面的污濁因為距離電池片的距離很近，會形成陰影，并在光伏組件局部形成熱斑效應(yīng)，進而降低組件的發(fā)電效率，甚至燒毀組件。當組件表面的污濁物為細小而均勻的粉塵顆粒附著時，其作用原理更多表現(xiàn)為降低了光線的透射率。而如果組件表面污濁物為樹葉、泥土、鳥糞等局部遮擋物時，其作用原理更多地表現(xiàn)為熱斑效應(yīng)所帶來的影響。

3、污濁物影響組件發(fā)電效率的定量分析

當起主要作用的為粉塵顆粒，改變大氣透明度時，其對發(fā)電效率的影響與灰塵的透明度成一定的線性關(guān)系。但在定性分析時仍需根據(jù)需要考慮此情況下較微弱的熱斑效應(yīng)的影響并對之前的線性關(guān)系進行一定的修正。而當起主要作用的為熱斑效應(yīng)時，則其對組件效率的影響更多地體現(xiàn)為一種曲線關(guān)系。

綜上所述，組件表面的污濁對其發(fā)電效率的影響主要為以上兩種原理作用的疊加，對組件效率的影響是顯著而直接的。而綜合以上兩種主要影響效果，在計算光伏發(fā)電量時一般會在其公式中乘上一個“污蝕系數(shù)”，本文根據(jù)相關(guān)資料及環(huán)境條件取0.98。

4、清洗的經(jīng)濟效益分析

以寧夏民勤20MWp光伏電站為例，其可行性研究報告中2014年全年的理論發(fā)電量為2 493萬kwh。如平均每半個月對全場進行一次清洗， 并結(jié)合自然降雨的效果，能夠保障組件表面全年保持基本清潔。但考慮到清洗工作并不能完全免去污蝕，因此假設(shè)清洗后污蝕可降低一半，則 2014年預計可多發(fā)的電量為：

2 493萬kWh ×（1—0.98）/2=24.93萬kWh

以0.9元/kWh電價計，則每年可增加的電費收入為：

24.93萬kWh×0.9元/kWh=22.437萬元≈22.44萬元

項目所在地位于甘肅民勤，屬于甘肅農(nóng)村，勞動力成本相對較低。2014年甘肅民勤農(nóng)村人均收入5736元，折算成每天費用為：5736元/250 d=22.94元/d≈23元/d，考慮到民工管理成本和通脹，計30元/d，其中 250 d為年工作日。 主流組件產(chǎn)品轉(zhuǎn)化效率平均在14%以上，這里按14.1%計算，則效率為 141 w/m2，而20 MW組件約為141 844 m2，以清洗速度10 s/m2計算（實際實驗中僅用2～3 S，詳 見下文實驗介紹），即每分鐘可清洗6 m2，則每次清洗約需要141 844 m2/（6 m2/min×60 min× 8 h）=49.25個人工日，計做50人工日，即每次進行全場清洗需要支出人工費用為30元×50=1500 元。如平均每半個月清洗一次，則全年需要費用 為1 500×24 =3.6萬元。與每年因清洗帶來的電費收益對比可節(jié)余18.84萬元。 而反過來推算，如22.44萬元全部用于清洗，每半個月清洗一次，每次清洗需50個人工日，則平均每個人工日費用最高可預算為224400/24/50=187（元）。即勞動力成本只要不高于187元/d時即能夠有電費節(jié)余。

5、關(guān)于清洗方法的建議

5.1清洗時間的選擇

光伏電站的光伏組件清洗工作應(yīng)選擇在清晨、傍晚、夜間或陰雨天進行。這主要是防止人為陰影帶來光伏陣列發(fā)生熱斑效應(yīng)進而造成電量的損失甚至組件的燒毀。早晚進行清洗作業(yè)須在陽光暗弱的時間段內(nèi)進行。有時陰雨天氣里也可以進行清洗工作，此時因為有降水的幫助，清洗過程會相對高效和徹底。但陽光有時能夠部分穿透較薄的雨層，此時電站也會有少量電量產(chǎn)出，因此應(yīng)注意人員安全，防止漏電。并應(yīng)評估清洗帶來的電量損失和熱斑效應(yīng) 的影響。

5.2清洗周期和區(qū)域的規(guī)劃

由于大型光伏電站占地很大，組件數(shù)量龐大， 而每天適宜進行清洗作業(yè)的時間又較短，因此光伏電站的清洗工作應(yīng)規(guī)劃清洗周期并根據(jù)電場的具體情況劃分區(qū)域進行，這樣可以充分利用人力資源，用較少的人力完成清洗工作。如是小型電站也可以根據(jù)需要隨時進行清洗?？紤]到一個串連電路中一旦有一塊組件受到濁物避擋，會影響到整個組件的發(fā)電量。

6、不同光伏組件種類及安裝方式的清洗策略

6.1清洗的常規(guī)步驟

常規(guī)清洗。建議通過一撣、二刮、三洗3個步驟來完成。一撣。用干燥的撣子或抹布等將組件表面的附著物干燥的浮塵、樹葉等撣去。如果組件表面沒有其他附著物，且通過此步驟已清陳干凈。則可以免去下面的步驟。二刮。如果組件上有緊密附著其上的硬性異物，如泥土、鳥糞等物體.則需要使用中等硬度的刮扳或紗球進行去除。此時注意不能使用高硬度的器物進行刮、擦，以防對組件的玻璃表面形成破壞。也不要輕易刮擦沒有附著硬性異物的區(qū)域，做到清除異物既可。 三洗。如果組件表面有染色物質(zhì)如鳥糞的殘留物，植物汁液等，或場內(nèi)空氣濕度很大灰塵無法撣去，需要通過清洗來驅(qū)除。一般用清水能夠清除的用清水即可?？紤]到很多電站都建設(shè)在遠離人群的地方，因此可使用噴壺噴少量水進行清洗，以做到節(jié)約用水。將清水噴到有污染物的區(qū)域后，用抹布擦拭即可清除大部分黏著類的污濁物。

6.2玻璃封裝非晶硅組件的清洗

玻璃封裝非品硅組件一般可使用和常規(guī)組件相同的清洗方法。但因為此類組件很多沒有加裝鋁合金邊框。因此在清洗過程中應(yīng)允分考慮外加壓力對其產(chǎn)生的形變，盡量避免太大力度的動怍，防止發(fā)生組件損壞或發(fā)生安全事故。

6.3柔性組件的清洗

柔性組件上駙著類污濁物可采用常規(guī)方法法抻去，而對于黏著性污濁物，因為柔性組件的表面封裝材料為更柔軟的有機材料，因此需要使用更為柔軟的材料來刮去。而黏著在組件表面的染色物質(zhì)如鳥糞的殘留物，植物汁液等，如無法使用清水洗凈，可將其保留。因為柔性組什屬于非晶硅電池，此類污濁物的影響較小。

6.4跟蹤系統(tǒng)的清洗

跟蹤器一股具有較大的體量和高度，通過人力爬到上面清洗，即不安全也不高效。因此建議使用空氣壓縮機配合水產(chǎn)生高壓水流來進行清洗。清洗時可將跟蹤器調(diào)到較垂直的角度.使得人能夠觀察到最高處的組件，而高壓水流也能夠噴射到。

7、實驗論證

7.1不同工具清洗光伏組件表面的效果

在實驗中嘗試了刮水器、拖把、撣子等工具，發(fā)現(xiàn)用拖把、刮水器等沾水清洗一遍后存在泥水二次污染的問題，呈條狀較厚水漬，會帶來局部的陰影。說明用水清洗就需要反復多次才能洗凈， 這樣清洗效果比較低而使用雞毛撣子等用具，對灰塵的一次清除率很高，由于灰塵厚度不厚，灰塵揚起后再落下的現(xiàn)象并不明顯，并且使用撣子去除灰塵的功效最高。

7.2用水沖洗踉蹤器的清洗效果

存在上述用拖把、刮水器清洗二次污染的問題，一次清潔效果不理想，沖洗上3次后基本上能達到較好的清洗效果。

結(jié)束語

光伏組件的清洗能夠提升一定的電量產(chǎn)出，對于大型光伏電站，具有較可觀的經(jīng)濟利益。清洗過程中應(yīng)注意方法和組織，以防止負面影響，并提高功效。