信建飞
新疆华电吐鲁番发电有限责任公司 新疆吐鲁番 838000
摘要：针对目前全国30%光伏电站建设在风沙大、水资源匮乏，沙尘天气比较严重的戈壁滩，灰尘影响光伏板转换效率和服役寿命的问题，提出采用小电流样板对比法进行光伏板的清洗，既可以避免灰尘损失电量，同时有效降低光伏板清洗成本，最大化的提高光伏企业经济效益。根据近一年数据统计，在不限电情况下，采用科学的小电流样板机清洗技术可以将灰尘损失率降低至3%，一个20MW光伏电站每年可增加利润约170-200万元。
关键词：光伏电站；小电流样板机；灰尘；清洗方案；效益
近年来，随着能源危机的加深，国家倡导开发、利用可再生绿色能源，并给予可再生能源电价补贴政策。光伏发电正在以它低碳、环保、绿色的独特优势，作为一种极有潜力的可再生能源被广泛应用，但许多光伏电站建设在风沙大，水资源匮乏的地区，沙尘的积累导致光伏发电效率由17-18%下降至7-9%，由此，一个20MW光伏电站每年因灰尘造成的损失至少在200万元以上，同时，积灰带来热斑效应、腐蚀效应等，严重威胁光伏板使用寿命。因此探索高效、科学、经济的光伏板清洗方案变得十分必要。
1.光伏电站概况
本文以新特库尔勒光伏发电有限公司（简称“库西光伏电站”）电站数据为例，介绍风沙、尘埃对光伏发电效率的影响。库西光伏电站位于新疆库尔勒市以西80公里处，总容量均为20MW，电站共有40台逆变器，每台逆变器由6个汇流箱并联组成，每台汇流箱由14或16条支路并联组成，每条支路由22块光伏串接组成，全站共有光伏板82400块。库西光伏电站光伏区接线如下图：
库西光伏电站地处戈壁、常年风沙较大根据当地气象数据统计，库西光伏电站每年沙尘天气约105天，因此影响电站安全、经济运行的致命因素就是看似不起眼的灰尘。根据近一年数据统计显示，库西光伏灰尘损失率保守估计在5%以上，按照一个20MW光伏电站25年的使用寿命，降尘总损失约为：1300小时（可研利用小时）*20兆瓦（电站规模）*25年（工作年限）*1元/度（上网电价）*5%（降尘损失的效率）=3250万元。看到以上数据，想必大家已经领略到小小灰尘的巨大危害，那么如何减少电站灰尘损失，科学有效的安排电站光伏板清洗便成了一项重大问题。
2 传统光伏板的清洗方法及存在问题
截止2018年底，新疆区域共有282家光伏企业，总装机容量约841.6万千瓦时，其中30%的光伏电站建设在干旱、沙尘天气特别严重的戈壁滩。为了调研科学的清洗方法，我们走访了20%建设在戈壁滩上的光伏电站。如下表1-1所示为目前市场不同清洗方式的优缺点及清洗成本。
人工清洗高压水枪清洗增加喷淋系统专业清洗设备
优点用水量小清洗效果好无需人工清洗用水量较少
缺点清洗时间长、效率低、成本高用水量大，清洗20MW用水量130吨清洗效果差、用水量大、清洗设备投入成本高清洗效果差、成本高、对地势要求极高，清洗刷头非直线运动
20MW每次的清洗成本10.56万元8-10万元11.5万元9.5万元
1-1目前市场清洗方法
以上4种方式为现阶段光伏电站所采取的光伏板清洗方式，由于人工或前期投入巨大，因此电站普遍采用高压水枪进行清洗，方法简单也无需进行大量资金投入。但何时进行全站光伏板清洗却始终没有较好的办法进行判别。库西光伏电站曾采用现场人员目测伏板脏污水平、对比各逆变器电流差异、对比各逆变器电量差异等多种方法，但效果都不理想。其中人员目测脏污程度和对比各逆变器电流差异受人员责任心和经验影响因素较多，管理办法粗放；对比各逆变器电量差异虽然数据记录较为准确，管理较为细致，但因要长期保持标准逆变器区域光伏板的清洁，不断清洗标准逆变器区光伏板，大大增加了现场人员的劳动强度和现场的用水量，因此在实际操作过程中也存在一定的难度。基于以上原因，库西光伏电站依托电站现有设备，进行一个较小的改造，利用一个较小的回路电量对标，实现对全站脏污程度的监视，大大降低了现场的人力和用水量。
3 光伏小电流对标管理方案及成果
基于以上原因，库西光伏电站依托电站现有设备，进行一个较小的改造，利用一个较小的回路电量对标，实现对全站脏污程度的监视，大大降低了现场的人力和用水量。具体方案如下：
电站选取2组汇流箱的太阳能电池板（每组约350块电池板，共计约700块电池板）作为标准电池板，在标准电池板出线安装直流监测仪表实时测量标准电池板的电压、电流、功率值及电量，并将数据通过无线电台（或光纤）发送到上位机，安排每天对其中一组汇流箱标准电池板进行清扫，通过后台上位机计算对两组标准汇流箱电池板电量差超过15kWh时，组织对标准汇流箱所属逆变器区域进行清洗（约2200块电池板），提高对标的代表性，当两个标准汇流箱电池板电量差值超过20kWh且清洗后标准逆变器电量比其余逆变器电量均值大125kWh时，组织对全站进行清洗。
系统软件的主要功能可分为：
1、从光伏电站监控系统中倒入电站各逆变器和出线实际电流、实际电压、实际功率和实际电量等运行参数；
2、标准汇流箱电压、电流值、实时功率、实际电量值显示；
3、显示根据标准汇流箱计算的整站有功数值；
4、根据公司原有的对标方法开展清洗工作。
5、根据光伏组件每天的发电量计算整个电站的最佳发电量并与实际发电量进行对比，得到因组件清洗所能增发的发电量，最后根据每次的清洗费用确定最佳太阳能组件清洗周期；
6、可根据需要查询任意时间的实时显示值并可截取任意时间的实际电量和最佳电量。
7、在系统中储存逆变器各个光照度下的出力曲线并与当前的逆变器实际出力进行比对分析，确定组件是否存在缺陷或需要清洗，组件不同光照度下的I-V曲线如图2所示。
综上所述，库西光伏电站在使用光伏小电流对标管后，可有效的、直观的光伏板的脏污程度进行数据分析，并可根据历史数据不断进行优化，已实现最佳的光伏电站全站清洗方案。
4 效益评估
4.1经济效益：根据近一年对各电站数据对比、统计、分析，“靠天吃饭”不进行光伏板清洗，预计每年灰尘损失率最保守在12%，每年利润损失约312万元；按照传统定期、定时、定次清洗，预计每年灰尘损失率最保守在7%，每年利润损失约182万元；执行设定样板汇流箱，根据日电量差值，制定科学、经济清洗方案，可将灰尘损失率降低至3%以下，对比传统清洗方案每年可增加利润约104万元，如下图所示为不同清洗方案的灰尘损失率及利润损失。
不同清洗方式灰尘损失率及利润损失
5.2安全效益：
4.2.1因光伏面板的其他部位（如结合处、支架等部分）材料多为各类金属，易受到湿润灰尘的腐蚀，导致安全性减弱等问题，可能会因强风、地震等自然因素遭到破坏而减少光伏面板服役的寿命[11]。
4.2.2避免光伏板因积灰导致局部过热自燃风险，即“热斑效应”。
4.3社会效益
一是提高光伏发电的产能输出，提高可再生能源的利用率；
二是规范科学的光伏领域管理使其产生的社会经济价值。
三是让社会环境转变的更清洁、更安全、能让可再生资源更好的服务社会经济的发展；
四是新的技术和管理理念能更好促进光伏领域的发展前进的步伐。
5 结束语
西北地区大多数光伏电站受风沙、灰尘严重影响光伏发电效率，通过样板机清洗对标精细化管理，既可以提高光伏电站发电效率和使用寿命，同时也可减少发电成本。
论文作者:信建飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第33期
论文发表时间:2019/3/6
标签：光伏论文; 电站论文; 电量论文; 逆变器论文; 万元论文; 灰尘论文; 电池板论文; 《建筑学研究前沿》2018年第33期论文;