光伏电站组件清洗方法及效果初探

杨柏海

【摘要】污浊物会对光伏组件产生很大的影响。为尽可能提高组件的发电效率，本文针对不同的组件形式 及其安装方法，进行了清洗方式的经济分析，并提出相应的清洗的策略。探讨高效节水的清洗方式。

【关键词】光伏；污浊；效率；清洗；经济分析

1、前言

随着环境的日益恶化和人类环保意识的深入，光伏发电作为主要绿色能源之一，越来越多的得以应用。光伏电站的建设数量和规模也越来越大。而光伏电站一旦建成，其发电量基本上是靠天吃饭，人力所能控制的除了避免电气设备故障带来损失外，主要途径就是对组件表面进行清洗，这一点在有污染和沙尘的地方尤为明显。因此在条件允许的情况下，对光伏电站的组件定期进行清洗是必要和有效的。

2、污浊物影响组件发电效率的原理分析

光伏组件（以下简称组件）表面污浊对其发电效率的影响相当显著。其影响的原理主要可理解为两个方面：一是表面的污浊影响了光线的透射率，进而影响组件表面接收到的辐射量。二是组件表面的污浊因为距离电池片的距离很近，会形成阴影，并在光伏组件局部形成热斑效应，进而降低组件的发电效率，甚至烧毁组件。当组件表面的污浊物为细小而均匀的粉尘颗粒附着时，其作用原理更多表现为降低了光线的透射率。而如果组件表面污浊物为树叶、泥土、鸟粪等局部遮挡物时，其作用原理更多地表现为热斑效应所带来的影响。

3、污浊物影响组件发电效率的定量分析

当起主要作用的为粉尘颗粒，改变大气透明度时，其对发电效率的影响与灰尘的透明度成一定的线性关系。但在定性分析时仍需根据需要考虑此情况下较微弱的热斑效应的影响并对之前的线性关系进行一定的修正。而当起主要作用的为热斑效应时，则其对组件效率的影响更多地体现为一种曲线关系。

综上所述，组件表面的污浊对其发电效率的影响主要为以上两种原理作用的叠加，对组件效率的影响是显著而直接的。而综合以上两种主要影响效果，在计算光伏发电量时一般会在其公式中乘上一个“污蚀系数”，本文根据相关资料及环境条件取0.98。

4、清洗的经济效益分析

以宁夏民勤20MWp光伏电站为例，其可行性研究报告中2014年全年的理论发电量为2 493万kwh。如平均每半个月对全场进行一次清洗， 并结合自然降雨的效果，能够保障组件表面全年保持基本清洁。但考虑到清洗工作并不能完全免去污蚀，因此假设清洗后污蚀可降低一半，则 2014年预计可多发的电量为：

2 493万kWh ×（1—0.98）/2=24.93万kWh

以0.9元/kWh电价计，则每年可增加的电费收入为：

24.93万kWh×0.9元/kWh=22.437万元≈22.44万元

项目所在地位于甘肃民勤，属于甘肃农村，劳动力成本相对较低。2014年甘肃民勤农村人均收入5736元，折算成每天费用为：5736元/250 d=22.94元/d≈23元/d，考虑到民工管理成本和通胀，计30元/d，其中 250 d为年工作日。 主流组件产品转化效率平均在14%以上，这里按14.1%计算，则效率为 141 w/m2，而20 MW组件约为141 844 m2，以清洗速度10 s/m2计算（实际实验中仅用2～3 S，详 见下文实验介绍），即每分钟可清洗6 m2，则每次清洗约需要141 844 m2/（6 m2/min×60 min× 8 h）=49.25个人工日，计做50人工日，即每次进行全场清洗需要支出人工费用为30元×50=1500 元。如平均每半个月清洗一次，则全年需要费用 为1 500×24 =3.6万元。与每年因清洗带来的电费收益对比可节余18.84万元。 而反过来推算，如22.44万元全部用于清洗，每半个月清洗一次，每次清洗需50个人工日，则平均每个人工日费用最高可预算为224400/24/50=187（元）。即劳动力成本只要不高于187元/d时即能够有电费节余。

5、关于清洗方法的建议

5.1清洗时间的选择

光伏电站的光伏组件清洗工作应选择在清晨、傍晚、夜间或阴雨天进行。这主要是防止人为阴影带来光伏阵列发生热斑效应进而造成电量的损失甚至组件的烧毁。早晚进行清洗作业须在阳光暗弱的时间段内进行。有时阴雨天气里也可以进行清洗工作，此时因为有降水的帮助，清洗过程会相对高效和彻底。但阳光有时能够部分穿透较薄的雨层，此时电站也会有少量电量产出，因此应注意人员安全，防止漏电。并应评估清洗带来的电量损失和热斑效应 的影响。

5.2清洗周期和区域的规划

由于大型光伏电站占地很大，组件数量庞大， 而每天适宜进行清洗作业的时间又较短，因此光伏电站的清洗工作应规划清洗周期并根据电场的具体情况划分区域进行，这样可以充分利用人力资源，用较少的人力完成清洗工作。如是小型电站也可以根据需要随时进行清洗。考虑到一个串连电路中一旦有一块组件受到浊物避挡，会影响到整个组件的发电量。

6、不同光伏组件种类及安装方式的清洗策略

6.1清洗的常规步骤

常规清洗。建议通过一掸、二刮、三洗3个步骤来完成。一掸。用干燥的掸子或抹布等将组件表面的附着物干燥的浮尘、树叶等掸去。如果组件表面没有其他附着物，且通过此步骤已清陈干净。则可以免去下面的步骤。二刮。如果组件上有紧密附着其上的硬性异物，如泥土、鸟粪等物体.则需要使用中等硬度的刮扳或纱球进行去除。此时注意不能使用高硬度的器物进行刮、擦，以防对组件的玻璃表面形成破坏。也不要轻易刮擦没有附着硬性异物的区域，做到清除异物既可。 三洗。如果组件表面有染色物质如鸟粪的残留物，植物汁液等，或场内空气湿度很大灰尘无法掸去，需要通过清洗来驱除。一般用清水能够清除的用清水即可。考虑到很多电站都建设在远离人群的地方，因此可使用喷壶喷少量水进行清洗，以做到节约用水。将清水喷到有污染物的区域后，用抹布擦拭即可清除大部分黏着类的污浊物。

6.2玻璃封装非晶硅组件的清洗

玻璃封装非品硅组件一般可使用和常规组件相同的清洗方法。但因为此类组件很多没有加装铝合金边框。因此在清洗过程中应允分考虑外加压力对其产生的形变，尽量避免太大力度的动怍，防止发生组件损坏或发生安全事故。

6.3柔性组件的清洗

柔性组件上驸着类污浊物可采用常规方法法抻去，而对于黏着性污浊物，因为柔性组件的表面封装材料为更柔软的有机材料，因此需要使用更为柔软的材料来刮去。而黏着在组件表面的染色物质如鸟粪的残留物，植物汁液等，如无法使用清水洗净，可将其保留。因为柔性组什属于非晶硅电池，此类污浊物的影响较小。

6.4跟踪系统的清洗

跟踪器一股具有较大的体量和高度，通过人力爬到上面清洗，即不安全也不高效。因此建議使用空气压缩机配合水产生高压水流来进行清洗。清洗时可将跟踪器调到较垂直的角度.使得人能够观察到最高处的组件，而高压水流也能够喷射到。

7、实验论证

7.1不同工具清洗光伏组件表面的效果

在实验中尝试了刮水器、拖把、掸子等工具，发现用拖把、刮水器等沾水清洗一遍后存在泥水二次污染的问题，呈条状较厚水渍，会带来局部的阴影。说明用水清洗就需要反复多次才能洗净， 这样清洗效果比较低而使用鸡毛掸子等用具，对灰尘的一次清除率很高，由于灰尘厚度不厚，灰尘扬起后再落下的现象并不明显，并且使用掸子去除灰尘的功效最高。

7.2用水冲洗踉踪器的清洗效果

存在上述用拖把、刮水器清洗二次污染的问题，一次清洁效果不理想，冲洗上3次后基本上能达到较好的清洗效果。

结束语

光伏组件的清洗能够提升一定的电量产出，对于大型光伏电站，具有较可观的经济利益。清洗过程中应注意方法和组织，以防止负面影响，并提高功效。