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2023年度N型电池技术发展与设备创新论坛     第四届全球钙钛矿与叠层电池(苏州)产业化论坛暨钙钛矿光伏学术+产业+资本融合创新年会
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基于新型太阳能光伏组件清洁系统的思考

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echo 发表于 2014-7-28 11:25:18 |显示全部楼层
       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。

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