甘肃省光伏发电站的积尘特点及清洗方式研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月水 力 发 电 .甘肃省光伏发电站的积尘特点及清洗方式研究郭 豹 刘 杨 叶 烨 李修树 杨静安(水电水利规划设计总院 北京)摘 要:甘肃省是我国光伏发电发展重要的基地之一 但受沙尘的影响 光伏组件表面会经常性形成严重的积尘对电站的运行效益产生较大影响 为了解甘肃不同地区的积尘特点、适宜的清洗方式以及实际的应用效果 在甘肃武威、张掖、嘉峪关和酒泉等几个地区选取了 个光伏电站 对电站的积尘特点、清洗方式、清洗频率、清洗成本等内容开展研究 并结合电站的实际运行数据对自然清洗和人工清洗的实际效果进行分析 研究发现 水洗是甘肃省应用最为广泛的清洗方式 而水源和交通成本是导致部分地区
2、清洗成本较高的主要因素 通过自然降水和人工清洗都可以得到较好的清洁效果 在自然积尘一月后 两种清洁方式分别可提升峰值功率为 和 关键词:太阳能 光伏发电 积尘 组件清洗 清洗效果 清洗周期 运维 甘肃省 .中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:郭豹()男 江苏徐州人 博士 主要从事水电、新能源的质量监督、咨询工作.0引言作为一种重要的可再生能源 太阳能具有分布范围广、绿色低碳和清洁等特点 近些年来 随着技术水平的提高 光伏发电的装机容量大幅提升 年和 年 我国光伏新增装机分别达到了 万、万 伴随光伏发电产业的大规模发展 电站运维面临的一些问题开始凸显 其中重要的一个方面是光
3、伏组件表面的积尘积尘不仅会降低组件上玻璃的透光性 也会对光伏组件功率和散热产生影响 甚至导致热斑效应对组件造成损害 对光伏电站的积尘特性和清洁方式进行研究 对于提升光伏电站的运维和管理水平提高运行收益具有重要的意义针对光伏积尘及清洁方式 国内外学者开展了不同方面的研究 等研究了积尘程度、湿度和空气流速对于光伏组件效率的影响 发现几种因素会相互作用 共同对组件效率产生影响 吴颖超分析了积尘量对光伏组件输出功率的影响 指出长年的积尘对光伏组件的功率影响可达 并水 力 发 电 年 月 .根据积尘以及清洗的情况分析了清洗的收益情况曲宏伟等通过理论和试验方法研究了积尘对光伏组件的短路电流、开路电压的影响
4、问题 余操等通过试验发现不同辐射强度下 清洁的增益效果有较大区别 在/以上的辐射强度下 上午的清洁增益更高 董伯先对介绍了目前光伏电站清洁的各类技术类型 对各类技术的优、缺点进行比较 并指出未来清洁技术的发展方向尽管目前针对光伏组件积尘和清洁方式方面已经开展了的较多的研究 但目前多数研究的电站样本数量偏少 对于不同地区、不同电站还缺少较系统的比较 因此无法提出区域性的针对措施 此外由于影响电站积尘的因素较多 而我国不同地区地理、环境、水资源情况的区别较大 因此电站实际应采取的清洗策略也需要结合水源获取的难易程度、清洗成本、天气、清洗收益等因素综合考虑 针对实际电站展开的研究仍然不够充分甘肃省作
5、为我国重要的新能源基地 太阳能资源丰富 且具有基地化、规模化开发条件 光伏发电产业得到迅速发展 目前已经建成了张掖、金昌、武威、酒泉等几个百万千瓦级光伏建设基地 但与此同时 由于地理位置的特殊性 甘肃光伏电站易受沙尘影响而产生较严重的积尘 清洗方式也受到地理位置偏远、水资源稀缺等因素限制 本文针对甘肃省不同地区的光伏电站的实际情况 对电站的积尘特点以及目前实际采用的清洁方式、频率 成本和用水量等内容开展研究 然后结合电站的运行数据对主要清洁方式的实际效果进行分析 最后结合不同地区的水资源情况、积尘情况等对清洗方式的改进提出建议1积尘的形成及类型一般来说 灰尘可主要分为有机灰尘和无机灰尘 有机灰
6、尘多是生物源的 其来源包括如植物、动物、微生物等生物 无机灰尘多为非生物型的其来源包括土壤、岩石等 由于来源的不同 不同地区灰尘的物理和化学性质表现出较大区别 从物理性质来说 不同类型的灰尘的粒径、形状、密度、透光性会有明显不同 而从化学性质来说 不同灰尘的酸碱性、腐蚀性也可能表现出差异在自然界中 灰尘的运动主要由风、雨、雪等自然活动驱动:当光伏板阻挡灰尘的运动时 部分灰尘会在风力、重力、静电力等作用下沉积 从而形成积尘 从形成过程来区分 积尘可以分为以下几种类型()干燥型积尘 在重力、范德华力、静电力、摩擦力等作用下 灰尘在光伏板表面保持受力平衡从而停留在表面形成积尘 此种灰尘可称为干燥型积
7、尘 清理难度较低()润湿性积尘 遇到雨水、露水或雪时 光伏板表面产生的水流携带灰尘流动 被边框阻挡后积存 在水分蒸发后将形成一定大小的积尘带 这种积尘较难清理()生物活动型积尘 由于鸟类等生物活动其粪便也可能粘附在光伏板上 形成难以清理的积垢()腐蚀性积尘 灰尘含有有机或无机化学成分时 有些呈酸性 当灰尘通过缝隙进入组件内部时可能与内部的金属材料发生化学反应或腐蚀作用从而使组件产生腐蚀现象这几种灰尘的典型形态如图 所示2积尘对光伏组件的影响()遮挡效应 一方面光伏组件长时间置于空气中 空气中的尘埃会大量覆盖在光伏组件表面并阻挡了部分太阳辐射量 导致照射到光伏组件表面的有效面积减少 另一方面 灰
8、尘会影响光伏组件表面玻璃的透射率 灰尘的沉积厚度越大 面板的透射率越低 其吸收的太阳辐射也越低 光伏组件接受的太阳辐照量减少 光伏发电效率随之下降()温度效应 当光伏组件部分面积受到灰尘遮挡时 被遮挡的部分不能正常工作 同时还会阻挡热量向外传递 经过长时间的太阳光照射 被遮盖的光伏组件由于热量不能及时向外传递致使其温度会远远大于没有被灰尘遮盖的部分 温度过高时光伏组件表面会出现烧坏的暗斑 暗斑严重时会导致光伏组件大面积损坏()腐蚀效应 因灰尘的成分比较复杂 有的是酸性物质 当灰尘或者潮湿的水气通过缝隙入侵到内部时 光伏组件可能会产生腐蚀 导致组件的损伤3光伏组件的清洗方法定期对光伏组件进行清洁
9、 对于提升电站的效益具有重要意义 根据清洁方式和手段的不同 光伏组件除尘的方法主要包括以下几种 自然除尘法利用大自然的降雨、降雪、风力等实现光伏面板的自洁 其缺点在于随机性大 需要自然的风、雨条件 对于某些特定种类的积尘、清洁效果不佳 人工除尘人工除尘是光伏板清洁的最为传统方式之一第 卷第 期郭 豹等:甘肃省光伏发电站的积尘特点及清洗方式研究 .图 不同类型的积尘图 人工除尘的几种方式使用的方式包括刷子直接清洁、湿拖布清洁、使用喷头人工喷淋 以及洒水车喷淋清洁等 如图 所示 人工清洁的优势在于操作简单 效果好 但其缺点在于耗水量大 人工成本相对较高 机器人除尘机器人除尘自动化程度高 可以提高效
10、率、减少人力 在工作过程中 大部分种类的机器人可以利用太阳能充电 并使用刷子、软纤维或气流来除尘 清洗机器人的类型众多 部分机器人采用了无水刷除的方式工作 这样可以节省水资源 机器人除尘的缺点在于初期投入成本高、维护较为复杂存在一定的故障率 对于场区不规整、起伏落差大的光伏场区适用性不佳 其他除尘方式除了上述几种清洁方式外 还有其他的一些除尘技术:在光伏板上安装的自动喷淋头 基于电磁或超声波技术开发的除尘设备 光伏表面的自清洁技术等 这些技术都有各自的局限性 如有些成熟度不高 目前尚未得到广泛的应用4甘肃不同地区积尘特点和清洗方式研究水洗是光伏电站清洁的主要方式之一 甘肃省水 力 发 电 年
11、月 .的水资源分布呈现南北差异大的特点 南部水资源相对丰富 北部水资源极为匮乏 对于北部区域光伏清洗受水源限制较多 因此研究主要针对甘肃中部和北部区域 涉及武威、张掖、嘉峪关、酒泉等几个光伏发电产业较为集中的地区 共选取了 个电站 电站位置如图 所示图 研究电站位置(星型标记为电站所处位置)图 不同地区电站的组件积尘形式图 为所研究部分电站的积尘照片 可以看出当遭遇沙尘或长时间不清理时 光伏组件将受到灰尘的严重影响 几乎所有的表面都将被较厚的灰尘层覆盖 如图 所示 此外 不同电站的积尘均以干燥型积尘为主 仅图 边框区域存在极为少量的润湿型积尘 而不同电站的积尘粒径也表现出区别如图 的积尘粒径更
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