基于新型太阳能光伏组件清洁系统的思考

       摘 要： 灰尘会对光伏发电产生较大影响，为提高光伏系统的发电效率，阐述光伏清洁设备的必要性，通过介绍行业曾经采用的几种传统清洁方式，探讨未来一种全新的清洁设备，并从此种设备更新过程中对本行业进行了一次全方位的行业思考。
　　0 引言
　　太阳能是最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐及能源环境的协调发展。人类对太阳能的利用途径主要是光伏和光热。太阳能发电技术的出现为太阳能利用开辟了更为广阔的应用领域。我国政府高度重视太阳能光伏产业的发展，随着光伏行业政策的陆续出台，其光伏产业迎来了高速发展的阶段。作为一种提高系统发电效率的有效途径，太阳能光伏组件清洁技术越来越受到行业的重视。
　　1 光伏清洁技术的必要性
　　为了提高光伏系统发电效率，可以从“提高核心部件性能”和“改善运行环境”两方面着手。提高核心部件的性能主要依靠科学技术的进步，而对一款技术成熟的部件而言，除非有一次“技术革命”，提高性能往往非常困难。改善“运行环境”主要是添加或者改善辅助产品，保证系统更趋于合理的运行状态。相对于前者，“改善运行环境”途径多，周期短。对现阶段而言，合理的添加或者改善辅助设施显得尤为重要。
　　我国有相当一部分区域处于干旱少雨气候地带，在多风季节，会形成大量风沙。而“灰尘”是影响太阳能光伏发电系统效率的一个重要的因素，有证据表明，现在已完成的光伏电站发电效率，都不同程度的受到“灰尘”的影响。影响程度由于当地的气候条件及太阳能组件安装方式的差异而不同。一般说来，当地多风、少雨和土质松软是产生灰尘多的客观条件；而光伏组件的倾斜角越小，越容易接住灰尘。在我国西部多风地带，灰尘对光伏发电的影响竟高达6%。因此，为保证光伏组件乃至整个系统的发电效率，光伏组件必须“定时、定量”的进行清洁。而添加光伏清洁设备作为改善光伏系统运行环境的手段，已经必不缺少。
　　2 光伏清洁方式
　　在光伏行业刚刚起步时，由于客户对于本行业缺乏了解，很多项目并没有考虑环境对系统发电的影响，业内人士也仅仅从理论上对发电量进行计算分析。系统的发电只能以满足用户发电要求作为主。随着业内人士的逐步深入研究和行业的发展，客户认识到了清洁设备对于光伏发电系统的重要性。前期的清洁设备仍然以满足设备基本功能为主，主要通过人力手工方式，以冲水、吹尘或者毛刷的方式进行表面除尘。以时间为顺序，下面是曾经采用较多的几种传统清洁方式，现进行比较分析。
　　2.1 冲水清洁
　　当水经过加压喷水咀之后形成水汽混合物，将光伏组件表面尘土冲洗干净。由于此种清洁效果彻底，机动性强，并且目前我国劳动力较为低廉，因此被很多光伏电站广泛采用。但由于工作环境恶劣，加之清洁过程形成大量污水，污染环境。与我国提倡的产品“人性化”和工程“节能环保”的理念背道而驰，今后势必会被其它清洁方式取代。
　　2.2 吹尘清洁
　　空气经过加压后，形成强大气流，将组件表面尘土吹走。此种清洁方式成本低，但由于工作环境恶劣，且清洁过程形成大量粉尘，对周围环境造成粉尘污染，清洁效果不佳。目前极少被采用。
　　2.3 毛刷清洁
　　主要靠半机械化的毛刷，靠机械力将粉尘扫走。此种清洁方式由于自动化强，节省人力，是最近新出现的光伏组件清洁方式。但此种清洁方式在“清洁效果”和“杜绝污染”上都具有局限性，应该不会被广泛采用。
　　3 新型清洁设备
　　3.1 理想的光伏组件清洁设备
　　从以上3种光伏组件清洁效果上分析，清洁方式各有利弊，都不是最佳的除尘方式。因为他们直接的目的是“除尘”，对于所带来的负面效应并没有给予足够的认识。
　　综合起来，理想的光伏组件吸尘设备需要达到以下效果：
　　清洁效果佳：能够起到良好的清洁作用；
　　安全系数高：清洁过程不会损坏相关产品，且对操作人员不构成安全威胁；
　　无污染：低噪音，清洁过程不能产生粉尘漂浮，对周围环境不会产生粉尘污染；
　　方便快捷：体积小，自动化程度高，清洁需要很少的人力；
　　能耗低：耗电量少，最好是能够就近取电；
　　针对性强：针对光伏组件材料特点专门设计研发，效率高。
　　目前，新出现的一种光伏组件清洁方式是吸尘清洁，它以“家用吸尘器”为初级模仿点，取得了不错的效果。它主要依靠人力或者机械自动程序在光伏组件表面全方位扫描，靠吸力将粉尘集中到固定容器内。此种清洁方式具有自动化强，清洁效果彻底，不会污染环境的优点，应该是今后光伏组件清洁方式的主流。
　　3.2 新型清洁设备的可行性
　　4 产品实施
　　以上原理简图内，太阳能光伏组件、控制设备、数据采集单元、储电设备均为行业成熟产品，这里不作介绍。下面对智能控制和吸尘设备作详细阐述。
　　4.1 智能控制单元
　　智能控制实施的难点是参考值设置和数据分析。参考值（Qh）的设置首先要依据系统特点（项目日照情况、运行环境、系统时间衰减等）进行计算，当光伏系统正常运行后，还要对Qh进行针对性的修正。考虑到系统的衰减，参考值与系统运行时间应当是动态的递减关系。一旦Qh确定后，“参考值”（Qh）与系统实际的阶段发电量（Q）的差值Qh-Q将成为重要的参考，当清洁设备一次清洁耗电量Qa小于Qh-Q时，系统将发出清洁提示指令。因此，相对值设置和数据分析，必须力争合理、准确。
　　4.2 吸尘设备
　　由于光伏组件的分布情况不是统一的，清洁方式必须有针对性，既要做到清洁的彻底性，还需要兼顾设备运行过程节省电能。光伏组件吸尘设备将采用大功率节能吸尘器，吸尘器配以支架支撑移动，对光伏组件进行“扫描式”吸尘。整体将与整个光伏系统“同时设计、同时施工、同时应用”，依据项目的特点，参照行业规范，着重考虑设计的必要性、施工的可行性和应用的实用性。做到发电系统与清洁设备的最佳结合，实现实用与景观的完美结合。 　　从光伏组件的分布情况来看，可以考虑以下三种结构形式：
　　4.2.1 双轨道大平面扫描清洁。对于光伏组件大面积集中的情况（如光伏幕墙，屋顶平板式等），可以采用此种运行方式。首先，吸尘器悬挂在横梁之上（吸尘端与组件表面1-2厘米为宜），横梁两端固定在对应的轨道之上。设备运行后，吸尘器首先沿着横梁横向滑动，对下方的组件进行吸尘清洁，然后双轨道对横梁进行纵向滑动平移（平移距离以吸尘器纵向吸尘距离为宜），吸尘器再沿着横梁横向滑动……，横向滑动和纵向平移，最终实现组件平面的扫描清洁。
　　4.2.2 单轨道伸缩臂扫描清洁。如果组件的分布区域为条形带状，且在伸缩臂强度承受范围之内，为降低成本，可考虑采用单轨道伸缩臂的方式进行清洁。首先，沿着组件区域带状区域的一侧安装运行轨道，伸缩臂固定在轨道之上。伸缩臂的横向运动和沿轨道的纵向运动，最终实现组件带状平面的扫描清洁。
　　4.2.3 智能型扫描清洁。组件区域分散的情况，可以考虑采用智能机器人，它可以依靠固定程序在组件表面行走移动，靠吸力固定后在一定区域清洁。当然，他需要更多的理论技术支撑。
　　5 结语
　　由于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。科学技术的进步势必会带动整个光伏行业的提升， 而太阳能光伏清洁技术作为光伏行业不可缺少一部分，也必定会有持续的改进提高。
　　光伏清洁设备从产生至今仅仅经过了10几年的时间，但却经历了从无到有，从简单到复杂，不断优化的过程。从产品发展角度上看，用户从初期的排斥，后期的迷惑，到现在的认同的过程，其实是产品从设计、不断优化，最终成熟的过程。行业初期，用户开始并没有意识到它的重要性，往往只注意系统的电站规模，片面的认为规模越大，发电量越大。由于光伏清洁效果不佳，且占用一部分资金投入，因此并不容易被用户所接受。中期的光伏清洁设备品种繁多，且多数存在弊端，项目移交后，清洁工作量较大，用户苦不堪言。本文探讨的光伏清洁设备采用“吸尘”方式，并且采用光伏系统自身的发电量，清洁效果更彻底，自动化程度更高，针对性更强，造价也在客户承受范围之内。随着技术的进步，整体性能仍然有较大的提升空间，相信会越来越受到用户的青睐。