灰塵對光伏發(fā)電的影響及其清洗方式分析

摘 要：在清潔能源迅速發(fā)展的今天，光伏發(fā)電也越來越重要。光伏發(fā)電站正常運行過程中，灰塵對其系統(tǒng)有著不同程度的影響。從灰塵的來源，灰塵對透光率和溫度的影響，以及影響灰塵的因素，光伏電站組件的清洗方式，這些方面綜合分析研究，探索光伏組件清洗的最佳方案，由點及面，為光伏發(fā)電站的發(fā)展提供可以借鑒的指導和意見。

關鍵詞：積塵 光伏面板 清組件洗方式

一、引言

光伏發(fā)電發(fā)展越來越快，那么當光伏發(fā)電系統(tǒng)的長時間運行時，光伏面板積塵對其能量轉(zhuǎn)換的影響不可小覷。覆蓋在面板表面的灰塵具有散射、反射以及吸收太陽輻射的作用，太陽光的透過率將會被大大降低，導致面板接收到的太陽輻射減少，輸出功率也隨之降低，其作用與灰塵累積厚度成正相關。灰塵作為影響光伏電站發(fā)電量的重要因素之一，但如今這方面的相關理論還不完善，因此，進行灰塵對光伏發(fā)電的影響及組件清洗方式的研究是非常必要的。

二、積灰的來源及影響積灰的因素

1.積灰的來源與形成。光伏組件表面長久蓄積的灰塵被稱為積灰。灰塵由懸浮在空氣中直徑小于500微米的微粒組成，是一種不均勻分散體系。工業(yè)排放物品、煙塵燃燒產(chǎn)生的物質(zhì)、土壤揚塵等都會引起灰塵，具體包括：在施工建筑、工業(yè)生產(chǎn)、道路交通中產(chǎn)生的二次揚塵土，風化后的沙土、巖石在空氣動力系統(tǒng)的影響下，形成的細小顆粒等。此外，如花粉、鳥類排泄物等物質(zhì)也是積灰的重要來源之一，其積灰按粒徑的大小大致可分為粉塵和凝結(jié)固體煙霧兩種，由物體的粉碎產(chǎn)生、分散到空氣中的一種灰塵被稱為粉塵，物質(zhì)在燃燒、升華、蒸發(fā)和凝聚等過程中會形成凝結(jié)固體煙霧。在人為以及自然因素的影響下，人為的翻動、動物的活動以及城市中的土壤，由于空氣流通、刮風等條件而形成了灰塵，并通過大氣的沉降，在光伏組件表面附著。長期在室外暴露的光伏組件，當彌漫在空氣中的灰塵顆粒在露水和降雨的作用，變得濕度很大而吸附性更強，會連同空氣中的物質(zhì)一并吸附過來，粘附在光伏組件表面從而形成較難以清潔的積灰。

2.影響積灰的因素。積灰在光伏組件表面附著受多種因素的影響，如空氣濕度、風速風向、安裝傾角、環(huán)境污染等。積灰在較高風速下形成時，會有著更高的透光率；風向朝向光伏組件表面時，就會加大積灰的厚度，方向相反的話，幾乎不產(chǎn)生積灰沉積。積灰程度也與安裝傾角有關，實驗分析得，積灰在水平放置時積灰厚度最大，太陽光透射率最低，安裝傾角越大，灰塵越不容易累積；空氣濕度越大，越會加強積灰的沉積與附著，大氣環(huán)境污染程度越高，積灰程度越高。

三、積灰對光伏系統(tǒng)的影響

1.積灰對透光率的影響。光伏組件一般由鋼化玻璃、上層EVA膠膜、太陽能電池片、下層EVA膠膜和TPT背板、太陽光照射光伏組件這幾部分構(gòu)成，在到達太陽能電池片之前，需要穿透表層鋼化玻璃和上層EVA膠膜，進而產(chǎn)生光電效應。表層鋼化玻璃具有一定的抗風、抗冰凍強度，透光率一般超過91%，其作用是保護太陽能電池片，具有優(yōu)異透光性能的EVA膠膜用來粘結(jié)鋼化玻璃和太陽能電池片，透光率一般在90%以上。如果灰塵附著在光伏組件的表面，那么灰塵顆粒會散射和吸收入射的太陽光，導致太陽光照射到光伏組件面板上的有效面積變小，而且透光率也被降低，并改變一部分入射太陽光在鋼化玻璃中的傳播均勻性，從而降低了發(fā)電效率，減少了發(fā)電量。根據(jù)相關研究，沉積積灰的濃度影響著光伏組件的實際透光率，濃度越大，實際透光率越低，輸出功率越低。

2.積灰對溫度的影響。（1）光伏組件表面的積灰不但會遮擋入射光，而且使光伏組件的傳熱形式發(fā)生異常。光伏組件在長期使用中，表面容易落上鳥類排泄物、積灰等遮擋物，這些遮擋物就會在光伏組件上形成局部陰影，那么光伏組件中的太陽能電池單片，其電流與電壓之積就會變大，導致未被遮擋部分得溫度遠遠小于被遮擋部分的溫度，局部溫度過高燒壞組件，這種現(xiàn)象被稱為“熱斑效應”。假如在光伏組件的實際使用中，由于熱斑效應，當超過了特定范圍的溫度，將會毀壞柵線，使得整個光伏組件報廢，縮短其使用壽命以及其工作的效率。 （2）表面積灰，會使組件整體溫度升高，灰塵作為導熱系數(shù)較小的物質(zhì)，附在光伏板表面阻擋光伏板的熱量向外傳遞，使得光伏板自身的熱量得不到釋放，光伏板的溫度越來越高，而光伏組件的最佳運行溫度是25～40攝氏度，影響光伏發(fā)電的效率。

3.積灰對光伏組件的腐蝕。灰塵中，物質(zhì)的成分是非常復雜的，既有酸性物質(zhì)，又有堿性物質(zhì)。二氧化硅和石灰石等材料構(gòu)成晶硅光伏面板，光伏面板上的灰塵接觸到空氣中的水分，就極有可能與光伏面板上的材料發(fā)生化學反應，生成一些新的物質(zhì)，有酸性有堿性，經(jīng)過一段時間，在酸性或者堿性物質(zhì)的作用下，光伏面板逐漸被腐蝕、損傷，表面變得凸凹不平，減弱光伏面板的光學性能，那么在面板表面就會發(fā)生光的漫反射，太陽光在光伏面板中傳播的均勻性就會被破壞。此外，濕潤灰塵也會腐蝕光伏面板的其它結(jié)構(gòu)，發(fā)生腐蝕后易導致破損、安全性減弱等問題，可能因強風、地震等自然因素遭到破壞，縮短其使用壽命。

四、光伏組件清洗方式

1.光伏電站的規(guī)模大小、地形地貌、周圍地理環(huán)境、以及光伏組件安裝高度、傾角、等均有所不同，因此選擇組件清洗方式時，需從光伏電站的制約條件、清洗費用、清洗周期、清洗效果等實際情況出發(fā)，綜合進行分析。

2.有些光伏發(fā)電系統(tǒng)目前還僅依靠于降雨、風等自然作用，清除光伏面板的積灰。人工清潔的方法在一些小型光伏電站中采用，一般清洗方法是：用拖把、橡膠刮條或柔軟的抹布清洗。該方法存在容易對玻璃面板產(chǎn)生劃痕的缺點，使玻璃表面磨傷，一般需兩人或者多人配合，效率低，優(yōu)點在于不浪費水電資源，只有人工成本。

3.隨著技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了半自動清洗方式和自動清洗方式，半自動清洗方式為：人工操作專用清洗車（清洗裝置）對光伏組件進行清潔，半自動清洗方式既有有水清潔也有無水清潔，對水資源有著較低的依賴性，但對光伏組件陣列的高度、寬度、陣列和路面狀況有著嚴格的要求，對一些大型光伏發(fā)電站比較適合，但是無法滿足所有大型光伏電站的應用需求。自動清洗方式是在光伏組件陣列上安裝清洗裝置，通過計算機的程序控制，使得電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)裝置自動對光伏組件的清洗。這種清洗方式設計復雜，成本高昂，很少正式用于大型光伏電站，隨著科學技術(shù)的進步，是未來光伏電站組件清洗的發(fā)展趨勢。

五、結(jié)語

分析了積塵對光伏發(fā)電的影響，提出了灰塵對光伏面板輻照度、溫度以及腐蝕的影響。同時，不同地區(qū)的積塵影響也有所不同，根據(jù)本文研究分析，得出以下結(jié)論：（1）積塵對光伏系統(tǒng)發(fā)電效率有著很大的影響，使得發(fā)電功率損失嚴重；（2）積塵在不同環(huán)境中有時呈酸性，有時呈堿性，成分也比較復雜，對光伏面板的腐蝕也會降低太陽輻射透過率，使得光伏發(fā)電站的發(fā)電量減少；（3）積塵面板會使得太陽輻照的接收光照強度減弱，光伏發(fā)電量減少，發(fā)電的輸出功率下降；（4）針對一些正在使用的光伏發(fā)電站，運營管理的一項重要指標就是光伏組件的清洗。目前很多單位都積極地投入到光伏組件清洗的研究工作中，使得光伏組件清洗技術(shù)不斷發(fā)展。電站負責人要懂得怎樣選擇最合適的清洗方式，提出更加經(jīng)濟、更加合理、效率更高的組件清洗方式，盡可能地提高光伏發(fā)電站的效益；

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作者簡介：焦錦繡（1987.05—）女，山西長治人。研究方向：光伏發(fā)電相關。