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积灰对工商业分布式电站的影响及与改善建议
返回列表 来源: 国际能源网团队 发布日期: 2021.01.30 浏览次数:

       光伏行业正在向更好的方向发展!中国向世界承诺碳达峰、碳中和目标,打响了可再生能源冲击和改变中国能源结构的号角,分布式能源尤其是分布式光伏再次引起了从业者们的重视。随着光伏技术的普及,行业研究的重点已经从“如何建电站”过渡到了“如何建好一个电站”,很多过去不受重视的问题重新摆在了建设者们的案桌上。隆基分布式服务光芒照万家活动持续开展以来,通过现场深入调研,发现工商业电站的积灰问题已经成为业主们最大的困扰之一,本文希望通过行业内一些研究成果,给工商业分布式电站的建设者提供一些参考,帮助建设更优质的工商业分布式电站。
2 影响方式
国内外对积灰对光伏发电的研究起步很早,早在上世纪80年代初,国外就有学者发现大气污染对于太阳能利用的严重影响。积灰遮挡会降低光线透过率,进而降低发电量,除此以外,积灰还会影响组件散热以及造成玻璃腐蚀。积灰的散热影响:目前光伏电站使用最多的是硅基太阳电池组件,硅基太阳电池对温度十分敏感,灰尘在太阳电池表面积累,会增大光伏组件的传热热阻,也就是我们所说的“热斑效应”。研究表明太阳电池温度上升1℃,输出功率约下降0.35%,也就是说积灰增加了组件的温度损失,当然不同组件的温度系数不一致,因而影响程度也不一致。积灰的遮挡影响:灰尘降落到光伏板表面,不仅遮挡了光线对光伏电池的照射,使得光伏电池实际接受太阳光的有效面积减少,而且还使得部分入射光线在玻璃盖板中的传播均匀性发生了改变。
积灰的腐蚀影响:灰尘具有酸性或者碱性,而玻璃的成分主要为二氧化硅和石灰石等,当湿润的灰尘附在玻璃盖板表面,玻璃盖板成分物质都能够与酸或碱反应。随着玻璃在酸性或碱性环境下的时间增长,玻璃表面就会慢慢被侵蚀,从而在玻璃盖板表面形成坑坑洼洼,导致光线在玻璃盖板表面形成漫反射,在玻璃盖板中的传播均匀性受到破坏,而且玻璃盖板表面粗糙度增加,反射光强增大,折射光的能量减少,使得入射到光伏电池的光照强度减弱,光电效应减弱,发电量减少。
3 积灰种类和清扫方式工商业分布式由于其选址多在人口密集和工业生产集中的屋顶之上,因而其表面附着物较远离市镇的大型地面电站更加集中和明显。工商业分布式电站的积灰的分类方式很多,但是从电站建设运维角度,一般把灰尘分为干松积灰和粘结积灰。
(1)干松积灰:飞灰的颗粒大部分都很细小,很容易附着到光伏板表面上,形成干松积灰。干松灰的积聚过程完全是一个物理过程,灰层中无粘性成分,灰粒之间呈现松散状态,易于吹除。干松积灰的形态如下图所示:
工商业分布式上较常遇到的也就是这种积灰形式,例如家具工厂的木粉尘、车道上扬起的风沙等都很容易在工商业分布式上形成这种积灰形式,一般来说,这种积灰较为松散,通过简单的简单清洗的方式很容易去除。
(2)粘结积灰:灰尘颗粒累积在光伏板表面,由于降雨、露水等原因,灰尘颗粒潮湿后,吸附性非常强,这些颗粒就会吸收空气中的物质并粘附在光伏板表面上,从而形成具有较强粘性的积灰,干后再形成一个坚硬的结晶状外壳,粘贴于光伏板表面。根据擦除程度的难易可以将粘结积灰分为强粘结积灰和弱粘结积灰。
粘结积灰可以由干松积灰发展转化而来,例如干松积灰由于潮湿而粘结但不发生其他化学反应,但是在一些工商业分布式上,例如铝制品车间,由于铝粉颗粒度小,在潮湿的空气中很容易反应形成氧化物牢牢的吸附在组件表面,几乎无法去除。弱粘结积灰的吸附性不强,通过简单清洗的方式即可大部分去除,强粘结积灰具有很强的吸附性,不容易去除,通过简单清洗很难去除。

介绍一下目前较为常见的几种清洗方式:

(1)人工干洗:操作人员采用拖布配合专用洗尘剂进行清洗,干洗的工作周期约为3天/10MW,费用约为12000-13000元/10MW。

主要原理:利用静电吸附原理,具有吸附灰尘和沙粒的作用,增强尘推吸尘去污能力,能有效地避免在清扫时的灰尘沙粒飞扬。

人工干洗光伏板的缺点:不同操作工的力量不同,对组件造成的压力不同,会使得组件变形过大,造成电池片隐裂,另外一个缺点是,干洗组件效果不佳,常常因拖把沾有过多灰尘,在组件表面上留有部分痕迹,造成大面积阴影遮挡。
(2)人工水洗:人工水洗的操作方式是,先用水管冲刷淋水,然后再用抹布、拖把等最简易的手工工具清洗,这是绝大部分户用项目和部分工商业电站的主要清洗方式,几乎没有太多的设备投资,只需要在屋面位置有水管即可。周期和费用和人工干洗接近。

但缺点是方法效率很低、工人劳动强度大,耗水率也较大,另外在清洗过程中,容易发生踩踏组件而造成的组件隐裂。

(3)智能清扫机器人:

为有效提高光伏组件表面灰尘的清扫效率,可以采用智能清洗机器人进行定期清扫,彻底清除光伏板表面的灰尘及污垢,以提升发电效率。其方式是电站每排光伏板安装一台清洗设备,自动定期清扫,无人值守。

智能清扫设备的缺点:有时候会被安装不平整的光伏板边框卡住,机器人无法正常归位,运维人员在现场难以找到停留设备的位置。

4 清洗效果

本文收集到两种清扫方式和自清洁情况对比实验,清扫确实可以带来发电量的提高。

(1)人工水洗和自清洁:

据了解,在甘肃省武威市对38kW工商业分布式项目进行的对比实验:电站地处公路边,需要经常对光伏组件进行清洗,以获得最大的经济效益。该电站采用人工水洗的方式,清洗周期随季节变化而不同,冬春季为 1 个月,夏秋季为 1 个半月。
由图4-1可知,在 10 月 1~31 日 1 个月内,光伏组件清洗前(10 月 1~15 日)1 号逆变器发电量高于 2 号逆变器;10 月 16 日对 2 号逆变器所连接光伏组件进行清洗,清洗后(10 月 16 ~31 日)2 号逆变器发电量明显高于 1 号逆变器,且太阳辐射越好,发电量增长越明显。通过计算发现,光伏组件清洗前 1 号、2 号逆变器所连接光伏组件发电量分别为 1558.7、1525.1 kWh,两者相比发现清洗前 1 号逆变器发电量较 2 号逆变器发电量高出 2.2%,平均每天多发电 2.24 kWh;光伏组件清洗后 1 号、2 号逆变器所连接光伏组件发电量分别为1558.2、1623.4 kWh,两者相比发现清洗后 2 号逆变器连接光伏组件发电量较 1 号逆变器高出 4.1%,平均每天多发电 4.01 kWh。据此测算,采用人工水洗清洗方式,除尘率可达 86.3%,清洗后该电站平均每天可多发电 6.25 kWh。

于西北地区而言,干燥缺水、风沙大等原因,大量的光伏组件积灰严重,于华南、华东等地区而言,大量小型工厂分散分布,而且粉尘性工厂居多,也导致光伏组件积灰严重,严重影响光伏发电企业的效益。以 5 MW 光伏电站为例,选择及时有效的清洗措施,1年可为企业创造约 80 万元的收益,相当于电站多发电1个月。

(2)清扫机器人和自清洁:

根据对在深圳市盐田区某办公楼的工商业分布式的对比实验:选取了两个各1.8KW 的太阳能光伏阵列进行对比试验,其中一个清扫机器人,可以定期定时清洁太阳能电池表面,另一个未安装清扫机器人或人工清洁系统(无清洁系统),利用降雨等环境因素自洁。

从这段期间总的发电量来看,自动清洁系统的发电量为343.1kWh,无清洁系统的发电量为330.17kWh,自动清洁系统的发电量比无清洁系统的发电量多3.92%。
在雨季(8月和9月),自动清洁系统比无清洁系统多发电2.5%,而在旱季(11月,12月,1月和2月),自动清洁系统比无清洁系统多发电4.4%。由此可以看出在雨季,自动清洁系统与无清洁系统光伏发电相差很小,而在旱季,自动清洁系统的发电量要优于无清洁系统,由此可见在旱季采取光伏板清洁显得很有必要。 

由图4-1,4-2可以看出,自动清洁系统每天发电量最大比无清洁系统多0.9度,多大约13%的发电量,由于降雨等原因,监测这段时间内,自动清洁系统比无清洁系统发电量多 4%左右。

5 经验建议

通过上文的描述和论证,清洗系统的确可以有效的保证发电量,提高工商业分布式的收益,光伏电站不完全是“靠天吃饭”,是非常有主观能动性的。

另外在设置清扫周期的时候,可以利用雨季的优势,在雨季的时候清扫周期适当延长,而在旱季的时候,适当缩短清扫的周期,这样可以实现经济效益的最大化。

在持续巡检的过程中,隆基分布式服务光芒照万家技术团队发现,因积灰影响发电量的电站占比相对较高,并且给业主提出来合理的改进建议,业主们也对隆基持续开展这样的技术服务活动表示感激。

“加强系统体验 创造增值电站”是隆基分布式服务光芒照万家活动开展的核心意义。隆基将持续为用户提供最满意的产品和服务,“高效率、高可靠、高收益”的领先产品和完整的质量保障和服务体系,为合作伙伴带来非同寻常的市场反响和用户体验,让分布式客户体验到高品质产品和增值服务带来的价值回报! 


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