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濟分析，并提出相應的清洗的策略。探討高效節(jié)水的清洗方式。

【關鍵詞】光伏；污濁；效率；清洗；經濟分析

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，越來越多的得以應用。光伏電站的建設數(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，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系。但在定性分析時仍需根據需要考慮此情況下較微弱的熱斑效應的影響并對之前的線性關系進行一定的修正。而當起主要作用的為熱斑效應時，則其對組件效率的影響更多地體現(xiàn)為一種曲線關系。

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)”，本文根據相關資料及環(huán)境條件取0.98。

4、清洗的經濟效益分析

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，屬于甘肅農村，勞動力成本相對較低。2014年甘肅民勤農村人均收入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。 主流組件產品轉化效率平均在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出，因此應注意人員安全，防止漏電。并應評估清洗帶來的電量損失和熱斑效應 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規(guī)劃清洗周期并根據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需要隨時進行清洗。考慮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如鳥糞的殘留物，植物汁液等，或場內空氣濕度很大灰塵無法撣去，需要通過清洗來驅除。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允分考慮外加壓力對其產生的形變，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生高壓水流來進行清洗。清洗時可將跟蹤器調到較垂直的角度.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。

結束語

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