灰尘对光伏发电的影响及清洗消除的探讨

发布时间：2024-11-21 01:16

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4.2 半自动清洗设备

目前, 该类设备以工程车辆为载体改装为主 (图2) , 设备功率大、效率比较高, 清洗工作对组件压力一致性好, 不会对组件产生不均衡的压力, 造成组件隐裂, 而且清洗可采取清扫和水洗两种模式。该方式对水资源的依赖性较低, 但对光伏组件阵列的高度、宽度、阵列间路面状况的要求较为苛刻, 无法满足所有大型光伏电站的应用需求。在国内有很多企业生产销售、租赁该类设备。

图2 半自动清洗设备

4.3 自动清洗

自动清洗方式是将清洗装置安装在光伏组件阵列上, 通过程序控制电机的转动实现装置对光伏组件的自动清洗。这种清洗方式成本高昂, 设计复杂, 多用于研发、测试, 很少正式用于大型光伏电站。国内已有智能清扫机器人 (图3) , 其方式是电站每排光伏组件安装一台清扫机器人, 自动定期清扫, 无人值守。地势平坦的光伏电站可以采用, 每兆瓦安装12台智能清扫机器人。

图3 自动清洗机器人

与传统清洁方式相比, 智能清扫机器人清洗有如下六大优势:

1) 自供电, 并带有储能, 无需提供外部电源;

2) 智能控制、无人值守, 节省人工费用;

3) 无水清洁、节能环保, 节约用水;

4) 运行频次自由设定, 根据场区环境定期清洁;

5) 机器人清扫用力均匀, 不会造成电池片隐裂;

6) 机器人可以夜间工作。

另外, 在冬季北方, 智能机器人还能除去组件上的积雪。安装不平整的组件边框有可能卡住机器人, 使其无法正常归位, 应用于规模巨大的光伏时, 电站运维人员在现场难以找到故障机器人的位置。

综上, 灰尘的清除方法有很多种, 包括已介绍的机械式清除、水清除, 还有超声清除、气压式清除、静电清除、激光清除等等。水清除极易使光伏组件破损、腐蚀, 严重降低光伏组件使用寿命;而且, 大量的水清除容易使得光伏组件地基下陷, 电池板阵列产生扭矩, 进而导致电池板碎裂。机械式物理清除是一种行之有效的清除方法。其原理简单, 仅需要某种机械装置即可完成清除工作。给予合适的清除参数, 即可达到既不破坏电池板又能高效清除电池板表面灰尘的目的。随着其成本的降低, 将来可能会取代非自动清洗方式, 是未来光伏电站组件清洗的发展趋势。

5 光伏电站组件清洗的思考

科学高效的清洗太阳能发电厂的电池板, 对于提高电厂出力、确保投资回收、减少设备运行安全隐患具有非常重要的意义。实验数据表明, 制定合理的清洁、清洗方案, 最大可以提高电厂经济效益20%以上。要合理解决电池板蒙尘问题, 需要注意以下几个方面的问题。

1) 合理用水、清洗剂。水或者清洗剂除尘效果好, 但对于大规模的光伏系统或者离散布局的光伏系统而言, 清洁用水和清洗剂并不是总可以方便地获得。比如高速公路沿线的光伏路灯系统和兆瓦 (MWp) 级别的大规模系统。使用普通的自来水或井水清洗、清洁电池板, 由于水中含有许多杂质会附着在电池组件的表面玻璃板上, 降低太阳能发电效率。有实验表明使用自来水冲洗电池板, 比使用专用清洗液清洗会降低发电效率1.8%以上。此外, 水和清洗剂的使用也存在电气安全隐患以及环境污染隐患, 特别是化学合成清洗剂的二次污染问题。

2) 提高灰尘监测的能力。灰尘积累量不是随时间匀速增加的, 季节特征或局部干扰因素会使得灰尘积累速度显著变化。因此, 采用定期、定时除尘的工作模式无法自动适应这种变化, 导致除尘效果差或者除尘作业电能浪费大, 经济性下降。电池板每月清洁的次数即为电池板的清洁周期, 是灰尘清洁的重要参数之一。提高灰尘监测能力, 建立灰尘积累与发电量、清洗成本等多变量关系模型, 确定合理的清洗周期, 以实现最大收益。

3) 合理安排清洗作业时间及进度。合理的除尘作业应选择在傍晚或者凌晨、无降水的时间进行。白天光照强, 除尘作业会对光伏组件电能输出产生很大的干扰, 甚至发生不可预期的后果。降水情况下, 除尘作业可能产生难以去除的大片污水水渍。

4) 合理选择、使用清洗工具。光伏组件表面是高强度钢化玻璃, 存在磨损的问题, 光伏组件的期望寿命20~25年, 整个运行过程中除尘作业的次数多, 一般每月都要清洗一到两次。清洗方法和工具选择不当, 易造成电池表面磨损, 影响发电能力和电池板产品寿命。综合经济成本也随之提高。

5) 研制特殊环境下清洗设备。该设备应具备除雪、除露、除冰、无水清洗功能, 解决太阳能光伏电厂冬雪季节的清洗问题。

6 未来展望

灰尘效应是多因素影响的过程, 光伏组件的表面灰尘覆盖层显著降低了光伏组件的发电量。灰尘来源复杂、自身成分多样, 受环境条件影响较大, 灰尘积累是一个复杂现象, 需从以下几方面深入研究:

1) 建立灰尘形成数学模型, 找出灰尘积量、积灰分布与风速、风向的具体关系。

2) 建立长效的远程光伏发电数据和灰尘积累状况的监测系统, 通过数据监测来确定灰尘清洁周期。

3) 参照灰尘颗粒模型, 将化学、物理甚至生物科学方法相结合, 从微观角度继续探究将灰尘从电池板上清洁有效方法。

本文选自：《清洗世界》

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