光伏面板積塵對(duì)發(fā)電效率的影響

1.積塵對(duì)光伏面板發(fā)電效率的影響

1.1光照遮擋效應(yīng)導(dǎo)致能量損失

光伏面板的電能轉(zhuǎn)換依賴(lài)太陽(yáng)輻射的有效吸收，積塵會(huì)在面板表面形成不規(guī)則的遮擋層，顯著降低光照的透過(guò)率并抑制光生電流的產(chǎn)生。不同類(lèi)型的灰塵對(duì)光吸收性能的影響存在差異，顆粒型灰塵在薄積狀態(tài)下可使光照透過(guò)量減少至82瓦每平方米，而油性粉塵則使透過(guò)量降至68瓦每平方米。在強(qiáng)日照環(huán)境中未受污染的晶硅面板單位面積最大輸出功率可達(dá)172瓦，而在輕度積塵狀態(tài)下下降至148瓦，積塵加重時(shí)則進(jìn)一步跌至125瓦，損失幅度呈非線性增強(qiáng)。不同光波段對(duì)塵埃吸收的敏感性也存在差異，短波光在積塵覆蓋下更易衰減，導(dǎo)致光譜響應(yīng)效率明顯下降。

1.2表面溫升引發(fā)熱性能衰減

積塵不僅阻擋入射光，還改變光伏組件表面的熱學(xué)環(huán)境，灰塵吸熱后滯留于玻璃表面，減緩熱量向外界空氣的散發(fā)過(guò)程，形成表面熱集聚并誘發(fā)組件熱斑效應(yīng)，造成電池片工作溫度整體升高。清潔狀態(tài)下晶體硅組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下運(yùn)行溫度維持在 45^°C ，而積塵覆蓋后溫度上升至 52^°C ，在高輻射環(huán)境中甚至達(dá)到 56^°C 溫升每增加 1^°C 且輸出功率平均下降0.5瓦至0.7瓦[2]。在風(fēng)速較低的封閉光伏陣列中，這種熱累積效應(yīng)更為突出，導(dǎo)致局部組件功率曲線出現(xiàn)偏移且最大功率點(diǎn)難以穩(wěn)定維持，高溫狀態(tài)下組件內(nèi)部電阻上升，PN結(jié)的反向飽和電流增強(qiáng)，進(jìn)一步降低輸出電壓，整體能量轉(zhuǎn)化效率持續(xù)下降。

1.3發(fā)電效率下降的實(shí)證數(shù)據(jù)分析

實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)能夠更直觀地直射出積塵對(duì)光伏系統(tǒng)性能的影響。在山東聊城某大型地面光伏電站開(kāi)展的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)試中，選取兩組同型號(hào)組件分別保持自然積塵狀態(tài)和每周清潔一次狀態(tài)，持續(xù)觀測(cè)30天，累計(jì)輻照度一致，環(huán)境溫度波動(dòng)在 12^°C 至 28^°C 之間。在相同日照條件下，定期清潔的組件組日均發(fā)電量保持在1740至1805瓦時(shí)之間，波動(dòng)范圍較小且輸出穩(wěn)定，而積塵組平均發(fā)電量普遍低于清潔組約230瓦時(shí)，部分時(shí)段差值超過(guò)270瓦時(shí)。盡管日照小時(shí)數(shù)變化不大，積塵組發(fā)電量仍表現(xiàn)出穩(wěn)定下降趨勢(shì)，發(fā)電效率持續(xù)降低，且在連續(xù)積塵情況下效率恢復(fù)緩慢。

2.清洗技術(shù)在發(fā)電效率提升中的應(yīng)用

2.1視覺(jué)識(shí)別與機(jī)器人清洗系統(tǒng)

視覺(jué)識(shí)別與機(jī)器人控制清洗技術(shù)依托于圖像識(shí)別算法與高精度運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)光伏面板污漬位置的精準(zhǔn)定位與差異化清洗。系統(tǒng)主要由攝像頭與圖像處理模塊及軌道移動(dòng)機(jī)構(gòu)和清洗執(zhí)行裝置構(gòu)成，攝像頭采集圖像后經(jīng)邊緣檢測(cè)與灰度分析，識(shí)別污染密度區(qū)域并反饋給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃與定點(diǎn)處理[3]。在某光伏電站的試點(diǎn)部署中，單臺(tái)清洗機(jī)器人每日清洗120塊組件，運(yùn)行周期內(nèi)平均每塊面板清洗時(shí)間約為18秒，部署后單體發(fā)電量由原來(lái)的1475瓦時(shí)提升至1682瓦時(shí)，組件溫升平均降低 3.2^°C ，整站輸出功率穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。

2.2PLC噴淋自動(dòng)清洗系統(tǒng)

PLC噴淋系統(tǒng)利用可編程控制器對(duì)清洗過(guò)程的邏輯控制與參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守狀態(tài)下的自動(dòng)清潔作業(yè)，系統(tǒng)由水泵與噴頭陣列及PLC主控模塊構(gòu)成，可根據(jù)設(shè)定周期觸發(fā)噴淋并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整清洗頻率與用水量。山東某地光伏電站在組件陣列上設(shè)置固定噴淋臂，配合PLC系統(tǒng)每日定時(shí)噴淋兩次，每次用水量控制在0.8升每平方米，清洗周期控制在30秒至45秒。測(cè)試期間日均組件溫度下降 2.6^°C ，發(fā)電量從1560瓦時(shí)提升至1735瓦時(shí)，該技術(shù)適合有水源接入的地面平整地區(qū)與建筑屋頂場(chǎng)景。

2.3模塊化柔性與靜電除塵技術(shù)發(fā)展

模塊化柔性清洗技術(shù)強(qiáng)調(diào)清洗設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的適應(yīng)性與現(xiàn)場(chǎng)布置靈活性，主要采用可調(diào)節(jié)機(jī)械臂與多維度聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)和可更換刷頭，滿足不同傾角以及凹凸排布面板的清洗需求。內(nèi)蒙古某光伏電站使用模塊化柔性清洗裝置對(duì)900平方米組件陣列實(shí)施移動(dòng)式清潔作業(yè)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集成陀螺儀姿態(tài)調(diào)整模塊與自驅(qū)動(dòng)行進(jìn)平臺(tái)，單位作業(yè)效率達(dá)到每小時(shí)180塊組件，清洗后單組發(fā)電量從1412瓦時(shí)增至1630瓦時(shí)。系統(tǒng)支持邊運(yùn)行邊清潔功能，有效壓縮停機(jī)維護(hù)時(shí)間，具備可擴(kuò)展與低能耗及跨地形作業(yè)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。靜電除塵技術(shù)則主要面向干燥、少雨區(qū)域，基于靜電力原理構(gòu)建表面電荷屏障，借助脈沖放電使灰塵顆粒帶電并受到電場(chǎng)斥力驅(qū)動(dòng)離開(kāi)組件表面。

3.清洗技術(shù)應(yīng)用效果與運(yùn)維策略

3.1清洗頻次與發(fā)電效率提升對(duì)比

光伏組件積塵程度隨時(shí)間推移逐步增加，不同清洗頻次直接影響光照吸收效率與發(fā)電輸出穩(wěn)定性。在某中型光伏場(chǎng)區(qū)內(nèi)，對(duì)三組安裝位置相同、面積一致的光伏組件設(shè)定每日清洗、每周清洗一次和每月清洗一次三種周期，進(jìn)行為期30天的發(fā)電對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果顯示，清洗頻次越高，組件表面溫度越低且發(fā)電效率越高。每日清洗組能保持表面溫度在 46^°C 左右，日均發(fā)電量可達(dá)1685瓦時(shí)；每周清洗一次時(shí)，溫度升高近 3^°C 發(fā)電量減少近100瓦時(shí)；每月清洗一次則積塵明顯增加，表面溫度升高超過(guò)6^°C ，日均發(fā)電量下降至1450瓦時(shí)左右。

3.2成本投入與維護(hù)效率評(píng)估

清洗系統(tǒng)的部署需要在運(yùn)行收益與成本支出之間實(shí)現(xiàn)合理平衡，不同類(lèi)型的清洗方式在設(shè)備投資與人工參與度上存在較大差異，以上述光伏站點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)各清洗模式的月度運(yùn)行成本與累計(jì)發(fā)電量，分析結(jié)果如表1。

PLC噴淋系統(tǒng)成本最低，單位瓦時(shí)僅0.0040元。機(jī)器人清洗成本略高，但自動(dòng)化程度高，可全天運(yùn)行，適合灰塵重和人工難以到達(dá)區(qū)域。

4.結(jié)束語(yǔ)

光伏面板表面積塵問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)發(fā)電效率造成影響，已成為制約光伏電站運(yùn)行性能的關(guān)鍵因素，多種清洗技術(shù)在不同應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出良好效果，提升發(fā)電能力并優(yōu)化運(yùn)維效率。視覺(jué)識(shí)別與PLC控制及靜電除塵等手段各具優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)多種地理環(huán)境與氣候條件。系統(tǒng)分析與實(shí)證結(jié)果，為光伏電站制定科學(xué)維護(hù)策略提供技術(shù)支撐，有助于推動(dòng)行業(yè)高效且低耗發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃斌、周之杰、李正農(nóng)等。風(fēng)沙流對(duì)沙漠光伏組件及其發(fā)電效率的影響研究進(jìn)展[J].空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)，2025，43（04）：64-79+63.

[2]張忠偉、王生潤(rùn)、楊春禮等。關(guān)于光伏面板積塵及清潔周期確定的研究進(jìn)展[J].節(jié)能技術(shù)，2025，43（02）：175-179.

[3]趙偉萍。太陽(yáng)能光伏組件表面污染機(jī)理及其減緩策略研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2022.作者單位：國(guó)家能源聊城發(fā)電有限公司