摘要：为更直观地研究灰尘遮挡对光伏电站发电效率造成的影响，国家电投邢台新能源发电有限公司根据本地区特点，选取皇寺光伏电站#14方阵逆变器A、B所带光伏组件作为研究对象，逆变器 B所带光伏组件全部安装智能清扫装置，每天定时清扫，逆变器A所带光伏组件正常定期进行维护清扫，通过A、B逆变器每天发电量的对比，分析灰尘遮挡对发电效率的影响。并通过对光伏电站清扫成本与灰尘遮挡造成的发电收益损失进行综合计算，研究计算组件清扫的最大收益的方法。进而为科学合理的设置清扫方案提供指导依据，提高光伏电站的综合系统效率。
关键词：光伏电站、灰尘遮挡、智能清扫装置
一、引言
国内专业检测机构及专家的相关研究表明，组件表面的灰尘遮挡对于光伏电站发电效率的影响普遍高于预期，大量电站的检测研究显示，灰尘遮挡对组件输出功率造成接近4-5%的下降。根据中国电力投资集团科研院去年对多个电站的检测结果显示，部分地区高于可研设计值，损失比例达4%以上。针对组件表面灰尘遮挡对光伏发电效率的影响，国家电投邢台新能源发电有限公司进行了组件灰尘遮挡对光伏发电效率影响的专项课题研究。
二、背景
国家电投邢台皇寺光伏电站地处河北省邢台县皇寺镇，占地1400多亩，为低山丘陵地形， 海拔高度为 145m-257m ，场区地势崎岖不平，不便于大型机械车辆行驶。
邢台市空气污染严重，皇寺光伏电站离邢台市区的直线距离仅13公里，再加上电站周围分布着大量的钢铁、玻璃及化工企业，灰尘遮挡成为影响皇寺光伏电站发电效率的最主要因素之一。
三、灰尘遮挡对组件影响的理论分析
1、灰尘附着于组件表面，会减弱组件接收的太阳辐照强度，同时会造成太阳辐照的不均匀性，减少了组件接受太阳辐射的有效面积及光辐照量，而且还会使光线在玻璃盖板中传播的均匀性发生改变。
根据光线的折射和反射理论，当太阳光线到达钢化玻璃表面时，大部分光线会折射进入玻璃内部，然后从另一表面透过，照射到光伏电池表面，从而发生光伏效应。但是，当灰尘附着于钢化玻璃表面后，会使进入玻璃盖板的能量比清洁状况下的能量要少，从而使得光电效率有所减弱，相应的，光伏发电量也会减少。
2、灰尘遮挡对光伏发电功率的影响，主要为以下三个方面：
①灰尘的遮挡效应：灰尘的存在使得到达太阳能电池表面的光照强度减弱，从而使得光伏电池片所能利用的太阳能辐射量减少，从而降低了光伏电池的光电效率降低，发电量也相应的降低；
②灰尘的温度效应：灰尘作为导热系数较小的物质，当其覆盖在玻璃盖板上的时候，会减少光伏电池板向外放出的热量，影响了内部向外的热量传播，使得光伏电池热量得不到释放，造成其温度升高从而影响到其发电效率；
③灰尘的腐蚀效应：由于灰尘自身可能呈现酸性或者碱性，对玻璃盖板会产生腐蚀，造成玻璃盖板表面的粗糙度变大，使其反射光增多，透射光减少，从而照射到光伏电池上的光照强度减弱，光电效应减弱，进一步就降低了发电量。
四、本次测试方案及数据分析
4.1试验方案
根据电站实际情况，我们对全站所有逆变器的发电量进行为期3个月的对比分析，最终选取地理位置相近、光照资源基本相同、装机容量相近、且近3个月内日发电量最为相近的#14方阵逆变器A、B作为研究对象，并于2015年2月到2016年2月进行为期一年的试验。
#14方阵逆变器A、B所带发电组串为本方案的试验组件（以下简称逆变器A、B），逆变器 B所带组件全部安装北京四方德瑞科技有限公司生产的智能清扫装置，每天定时（早上7：30）清扫，逆变器B所带组件即为无灰尘遮挡的标准组串，逆变器A所带组件未安装清扫装置，和电站其他组串一样定期进行维护清扫（无雨季节约为每月一次），通过A、B逆变器每天发电量的对比，分析灰尘遮挡对发电效率的影响。试验期间，电站做好所有试验组件的维护保养，确保所有组件不发生故障，以保障试验数据的准确性。
试验方案示意图
4.2、数据分析
根据安装清扫装置后2、3月份试验数据得出图4.3.2及4.3.3
灰尘遮挡影响折线图4.3.2
从上表数据分析，2月21日至3月30日，逆变器A的发电量与逆变器B的发电量差值百分比持续增加，日平均增加为（17.99-0.51）/40=0.437%，百分比到16%时，增加速度减小，最终基本稳定在18%左右。
五、经济效益测算
考虑不同季度灰尘遮挡对组件发电效率影响的差别较大，我们根据季度特点分别进行分析，根据试验数据，2015年邢台地区从4月份开始降雨量逐渐开始增加，分析4月份试验数据可得：
发电量差值： ∑B4-∑A4=840.93KWH。
4月份发电量差值百分比：
（∑B4-∑A4）/∑A4=840.93/60044.85=1.4%
考虑B逆变器比A逆变器原始发电量少0.65%，故4月份增加发电量百分比为1.4%+0.65%=2.05%。
同上计算方法，根据试验数据可得2、3月份总发电量差百分比为5.45%。
2015全年发电量为5561.2万kwh，全年可增加发电量：
5.45%*（336.34+390.48+548.03+425+362+340）=130.9万kwh（少雨季度）
2.05%*（550.35+576+543+523+503+464）=64.77万kwh（多雨季度）
全年可增加发电量130.9+64.77=195.67万kwh。
发电量增加值百分比195.67/5561.2*100%=3.52%。
一个发电容量为50MW的光伏电站，按照年发电量为6000万kwh进行计算，若采用自动清扫设备每日进行定期清扫，年可增加发电量为：6000*3.52%=211.2万kwh。
六、结论
从上述的试验数据分析，得出以下几点结论：
1、邢台皇寺地区，正常每日落灰遮挡对发电量影响达0.5%左右。
2、当灰尘遮挡影响发电效率到达18%以后，遮挡影响基本趋近稳定。
3、若使用自动清扫装置，与目前定期人工清扫方式相比，年增加发电量百分比约3.52%。
论文作者:高新杰,王坤,蒙井秋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
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