浅谈光伏组件清洁方法与展望

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【摘 要】针对光伏组件表面积尘的清洁问题，综述了国内外相关研究成果。介绍了研究光伏组件清洁的必要性，阐述了光伏组件清洁的发展现状，分析了目前应用较为广泛的光伏表面除尘方法，比较了它们的优缺点及光伏组件清洁领域的发展方向。

【关键词】光伏组件；积尘；除尘

0 引言

近年来，随着我国光伏电站规模的不断扩大，光伏组件表面积尘的清洁问题日益突出，已成为光伏发电企业急需解决的难题，制约着光伏发电企业的电能转换效率。据NASA研究表明，每平方米范围内仅4.05克尘埃将造成太阳能转换电能比例降低高达40%[1]。光伏电站业主只有做到定期清洗，才能为太阳能转换效率的稳定提供保障。就当前光伏电站光伏组件表面清洁次数而言，对于空气相对于清洁而潮湿的内蒙古每一年达到五次。而对于我国西部严重缺水的青海、甘肃、新疆等较干旱地区，部分电站每年需要清理多达数十次，极大地提高了光伏电站运维成本。可从两方面着手解决以上问题，国内外对太阳能光伏组件表面的清洁研究主要体现在机械除尘方面，而电帘除尘技术尚未实现广泛推广，仅应用在要求更高的航空航天领域。

1 国内光伏组件清洁现状

我国光伏电站一般位于自然环境较为恶劣的偏远地区，沙尘天气相对较多。尤其对于我国西北地区的大型地面电站而言，多数位于周边植被非常稀少，风沙天气频率较高的荒漠地区。该地区的光伏电站不仅临着远离水源地，降水量较少，而且地下水也十分匮乏，通过雨水自然冲刷和消防水车难以实现对光伏组件及时有效的清洗。光伏电站的装机规模主要分布在数十兆瓦乃至数百兆瓦之间，其占地面积通常达数平方千米，电池板数量更是高达上万块乃至数十万块，即便有充足的水源、设备和人力，要完成一次如此大规模的全面清洗，其庞大的工作量也难以想象[2]。

针对光伏组件表面积尘的清洁问题，国内主要采用是机械除尘的方法，又可将其分为人工清洁、高压水枪清洁和专业清洁设备等方式。根据三种不同清洁方法，本文分别从设备成本、人工成本、消耗水量、清洁效率等方面进行对比分析。

1.1 人工清洗

（1）人工、设备成本：据相关统计，1兆瓦光伏组件约6600平方米，每人每天可清洗100平方米，一位工作人员需要66天。按每人每天80元估算，1兆瓦组件清洗一次的人工费用为5280元。按1个月清洗3次估算，1兆瓦每年的人工费用高达19万元。

（2）优点：用水量与费用相对较低，1兆瓦每次清洗的用水量约1吨，并能够解决部分人员的就业问题。

（3）缺点：不易实现对众多人员的管理；难以保证清洁效果的一致性；清洗效率偏低；对光伏组件表面有磨损，对透光率和寿命产生一定影响。

1.2 专业清洗设备

（1）人工、设备成本：清洁设备一次性投入资金过大。

（2）优点：1兆瓦每次清洗用水量约5吨，相对节水；清洗效率高，清洗效果好。

（3）缺点：对光伏电站地面要求较高，否则移动设备难以实现清洁；若清洁车辆非直线运动，组件收到的压力大小不均，可能损坏组件，故需要配备专业的人员完成操作。

2 国外光伏组件清洁发展现状

针对光伏组件表面的积尘问题，国外从多方面着手研究，目前在电帘除尘和机械除尘方面，已经取得一定的成果。

2.1 电帘除尘

电帘除尘技术在火星、月球等领域的研究，主要集中在美国日本以及欧洲地区的研究机构。截止目前，该项技术在航空航天领域的太阳能光伏系统已经得到成功应用。例如，2010年，NASA研究小组在火星空间任务原有技术的基础上，成功研制出一款具备自动除去太阳板表面灰尘的太阳能电池板[3]。该电池板不但能够提高光能发电效率，而且能够完成表面的自动清洁，很大程度上减少了大型太阳能电池板清洁的维护费用，不仅清洁效率较高，而且可以实现无水化清洁，尤其适用于地处我国西北荒漠戈壁地区光伏电站。但应用该技术总体成本较高，目前难以应用在在大规模光伏电站。

2.2 机械除尘

光伏组件表面机械除尘方面， 2013年，日本未来机械公司提出能够清除灰尘与颗粒的方案，该方案由未来机械公司与香川大学共同研制出的一种清理沙尘机器人，该清扫装置重约10.9千克，对角线长度约0.56米，充满电可持续为电机驱动旋转电刷进行清洁工作两小时，在干旱地区的清洁效果可达到人工清洁程度。2013年11月，美国太阳能公司Sun-Power为解决旗下电站清洗耗水的问题，专门收购了一家制造清洗机器人公司，据称该机器人可减少大约90%的用水量。

2014年3月，日本Sinfonia Technology公司研制的新型清洁机器人，不仅具备可将光伏组件表面自动清洁干净的优点，而且擅长清洁角落处沉积的沙尘。该清洁机器人将纺板刷、刮刀与内部的洗涤剂储存器实现巧妙组合，清洗灰尘的效果十分理想，而且每小时清洗面积高达304.8平方米。该机器人甚至太阳能面板自动倾斜至30度时实现清洗。但其仅可以应用在差距小于50.8cm的跨度，实现从一块光伏组件面板爬到另一块面板上，完成清洁工作[4]。采用这种先进的清扫方式，可清除光伏组件表面沉积的沙尘量的99%。但以上几种光伏组件表面清扫机器人无法满足我国多数光伏电站光伏组件不在同一平面安装的需要。

3 展望

随着太阳能光伏电站规模不断扩大，针对太阳能光伏组件表面清扫技术的研究力度也会不断加强。近年来我国也取得了一定成果，例如2014年9月，青岛昱臣智能机器人企业研发的国内首个无水清洁太阳能光伏电板的智能机器人，体积十分庞大外形与挖掘机相似。该智能机器人每小时能清洁8000平方米，其效率约是人工清洁的十倍，填补了国内外光伏清洁领域的多项空白，关键技术已达到国际领先水平[5]。相信今后不断会有新的技术、新的清扫机器设备，加入到光伏组件的清扫行列中来。经综合分析可知，比较理想的光伏组件清洁设备应具有良好的清洁效果、清洁过程中不会损坏光伏组件并不伤害操作人员、噪音低且不会再次产生粉尘漂浮、清洁能力强且体积小、电量消耗少、针对光伏组件材料而开发。太阳能光伏组件的清洁，综合来讲今后将会朝向智能化、专业化、无水化、低功耗、小体积等方向发展。

4 结语

我国的光伏发展速度处于世界前列并已初具规模，国家政策支持及时到位，为大力发展我国光伏事业奠定了坚实基础。针对现阶段光伏发展所面临的问题，给出以下建议：首先政府要继续为光伏发展提供切实可行政策支持。其次要实现光伏发电装置国产化及自主研发能力，为光伏发电的顺利进行扫清技术障碍。三是要引进技术，因地制宜，结合我国的具体情况针对不同的地区选择与之相适宜的建设规模。四要根据光伏电站的实际情况，研制出能够解决光伏组件表面的积尘问题。以上问题的有效解决，更有助于我国光伏产业的健康发展。

【参考文献】

[1]岑先富，朱超林.光伏组件积尘对发电量的影响及自动清洁经济效益研究[J].太阳能，2013（21）：45-48.

[2]魏宇平.魏宇平的光伏电站清洗大“路演”[J].太阳能发电，2013（9）.

[3]高凌云.太阳能电池板除尘新技术[J].现代物理知识，2010（5）：52.

[4]孙青青.Sinfonia新型机器人清洁工 自动清洁太阳能面板[OL].中国清洁门户，2013（3）.

[5]娄花.青岛研制出清洁太阳能发电板的机器人[OL].中国机床商务网，2014（9）.