摘要：通過對蘭州地區(qū)的灰塵沉降情況及積灰影響光伏組件發(fā)電效率進行實驗研究，結果表明，在秋季無降雨情況下，當積灰密度達到2.068g/m2時，輸出電流下降約22.6%，平均每天下降1.51%。同時以某地38kW分布式光伏電站為背景，分析水射流清洗方式的清灰效益及除塵率，發(fā)現(xiàn)清洗后除塵率可達86.3%，平均每天可多發(fā)電6.25kWh。并對課題組自行研制的光伏電站干式清灰設備清灰效果進行驗證，發(fā)現(xiàn)該設備除塵率最高可達95.3%，可滿足中國西北地區(qū)大型光伏電站的清灰作業(yè)要求。

　　關鍵詞：灰塵;光伏組件;透光率;發(fā)電效率;除塵率

　　0引言

　　當前人們對化石燃料的需求越來越大，隨之而來的是能源短缺，各國都在尋求新能源替代傳統(tǒng)的化石能源。太陽能資源作為一種清潔能源成為人們研究的熱點，目前對于太陽能發(fā)電主要有光伏發(fā)電和光熱發(fā)電2種方式，其中并網式光伏發(fā)電已成為太陽能資源利用的主要形式之一。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年6月底，全國光伏發(fā)電裝機容量達到21582萬kW，其中，光伏電站14875萬kW，分布式光伏6707萬kW。上半年光伏發(fā)電量1278億kWh，同比增長20%[1]。由于生產生活等原因造成的灰塵累積，直接影響光伏發(fā)電的效率，已成為行業(yè)研究的熱點問題。國內外一些專家學者對灰塵對光伏組件發(fā)電效率的影響進行了大量研究。

　　新能源論文范例：光伏發(fā)電工程現(xiàn)場物資移交管理探討

　　如文獻[2]對放置在戶外的玻璃進行透光率測試，發(fā)現(xiàn)灰塵主要降低波長為450~880nm之間光線的透過率，測試期間透過率降低1.3%~4.0%，計算發(fā)現(xiàn)月發(fā)電量損失高達2.61kWh/kW;文獻[3]對蚌埠2MW光伏電站研究發(fā)現(xiàn)，20d的表面積塵使光伏組件串的發(fā)電功率減少24%，平均每天降低1.2%;文獻[4]研究發(fā)現(xiàn)，在相同環(huán)境下，清潔光伏組件輸出功率比積灰光伏組件高出至少15%，隨著積灰量增大，光伏組件輸出功率相應下降;文獻[5]提出一個綜合物理模型來預測灰塵沉積對光伏組件透光率的影響。

　　結果表明，隨著顆粒濃度和顆粒尺寸的增大，沉積的影響顯著增大，但隨顆粒透明度的變化而減小;文獻[6]研究了灰塵沉積和透光率減低的擬合公式。文獻[7-8]針對不同類型的灰塵對光伏發(fā)電效率的影響進行研究，結果表明，對光伏發(fā)電影響最大的是紅壤，石灰石次之，灰燼對其的影響則相對較小。對于積灰影響光伏組件發(fā)電效率，國內外學者已進行了大量研究。但對于不同清灰方式清灰效果的研究較少。本文根據(jù)蘭州地區(qū)環(huán)境和光伏電站的具體情況，針對光伏組件面板灰塵累積對發(fā)電量的影響及光伏組件不同清灰方式清灰效益進行實驗分析，實驗結果對蘭州地區(qū)光伏電站的運行維護具有重要意義。

　　1實驗方案

　　要研究積灰密度對光伏組件發(fā)電效率的影響，首先需要測出(戶外)自然積灰條件下光伏組件的積灰量;由于光伏組件表面積灰會使光伏組件透光率降低，故需測量光伏組件蓋板玻璃的透光率;其次，要研究積灰對光伏組件效率的影響，因此需要測量離網光伏組件的工作電流;最后，由于電站所處地理位置的不同，空氣中的灰塵成分及含量也不同，對透光率的影響也不盡相同，故需要對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，使其具有普遍意義。

　　1.1積灰對光伏組件發(fā)電效率影響實

　　驗實驗時間為2018年8月23日~10月11日，采用英利(YingLiSolar)能源有限公司型號為YL260P-29b的光伏組件，安裝角度為37°，實驗中將超白絨面鋼化玻璃分2組，每組3塊，1#~3#在雨天進行遮擋，4#~6#保持自然污染放置在光伏組件上，以保證其傾斜角及自然條件與實驗光伏組件相同，每天對其質量進行測量并計算積灰密度。同時測量光伏組件玻璃表面照度Eai，清潔光伏組件玻璃背面照度Ebi，積灰光伏組件玻璃背面照度Eci。

　　1.2光伏電站清灰效益實驗研究

　　以甘肅省武威市某38kW分布式光伏電站為例，該電站采用固定傾角(37°)安裝、集中并網方案設計，2臺逆變器將系統(tǒng)分為2個獨立的分系統(tǒng)，經1臺0.4kV/10kV變壓器升壓，并入交流電網。實驗時間為2018年10月1~31日，為期1個月。在實驗期間分別測量2臺逆變器的總發(fā)電量。

　　2實驗結果及分析討論

　　2.1光伏組件積灰密度變化分析

　　實驗中為了方便測量同時使數(shù)據(jù)更準確，選用規(guī)格為175mm×140mm×3.2mm的超白絨面鋼化玻璃進行自然條件下的積灰實驗，積灰質量由電子分析天平測量，積灰密度為積灰質量與積灰面積之比。

　　2.2光伏組件透光率變化分析

　　研究期間，第1組中1#試樣透光率由93.2%下降為73.5%，平均每天下降1.31%;2#試樣透光率由93.7%下降為73.5%，平均每天下降1.34%;3#試樣透光率由92.8%下降為72.7%，平均每天下降1.34%。分析整理得，透光率平均每天下降1.33%。第2組中透光率的變化趨勢和積灰密度的變化趨勢基本相同。

　　2.3光伏組件輸出電流變化分析

　　光伏組件表面的積灰會使到達光伏電池組件的光強度減弱，光電效應減弱，因此輸出電流也減小。隨著積灰密度的增大，光伏組件的輸出電流減小，輸出功率也會隨之減小。在秋季無降雨情況下積灰15d，平均積灰密度可達2.068g/m2。此時，輸出電流下降約22.6%，平均每天下降1.51%。光伏組件在實際工作中，輸出電流是時刻變化的。為使分析結果更具有普遍性。提取這15d中輸出電流數(shù)值，對輸出電流值與積灰天數(shù)進行函數(shù)擬合。

　　3結論

　　本文通過開展積灰對光伏組件表面鋼化玻璃透光率、組件輸出電流以及光伏組件清灰效果的實驗研究，發(fā)現(xiàn)積灰密度直接影響光伏組件發(fā)電量，并得到以下結論：

　　1)在太陽輻射量相同時，隨著戶外暴露的時間增加，光伏組件表面積灰密度逐漸增大，透光率逐漸降低。無降雨情況下，積灰密度平均每天增加0.1380g/m2，透光率平均每天減少1.34%;由于雨水的沖刷會使光伏組件積灰密度降低但不會為0，同時發(fā)現(xiàn)降雨后1~2d，由于空氣濕度較大，二次揚塵減少會使光伏組件積灰密度增加變緩。透光率變化趨勢基本相同。

　　2)隨著積灰密度的增大，光電效應減弱，組件的輸出電流減小，輸出功率也會隨之減小。當積灰密度達到2.068g/m2時，輸出電流下降約22.6%，平均每天下降1.51%。

　　3)對于光伏電站管理者來說，為光伏組件選擇一種合理的清洗方式，對于電站的運行維護具有重大意義。以某地38kW電站為例，根據(jù)測算，采用水射流清洗方式，除塵率可達86.3%，組件清洗后該電站平均每天可多發(fā)電6.25kWh。

　　4)采用課題組自行研制的光伏電站干式除塵設備對實驗光伏陣列進行清灰作業(yè)，發(fā)現(xiàn)當移動平臺速度恒定時，隨著刷體組件轉速增大，除塵率顯著提高，清灰作業(yè)質量隨之提高，除塵率最高可達到95.3%。同水射流清灰方式相比，除塵效果更好，更適合我國西北地區(qū)大型光伏電站的清灰作業(yè)。

　　作者：寧會峰，程榮展，王偉志，鄢志彬