光伏組件自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

朱榮茂+方曉敏

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有清洗方式效率低、成本較高，不能滿(mǎn)足大規(guī)模光伏陣列的清洗需求，導(dǎo)致光伏電站發(fā)電量損失嚴(yán)重。設(shè)計(jì)了一種高壓水清洗系統(tǒng)，通過(guò)電磁閥將光伏陣列進(jìn)行分組清洗，設(shè)計(jì)了雨水、污水收集系統(tǒng)，降低了用水成本，設(shè)計(jì)了光伏組件清潔度傳感器，可以為科學(xué)安排清洗計(jì)劃提供數(shù)據(jù)參考。該系統(tǒng)可以提高清洗效率，降低清洗成本，提高光伏電站的發(fā)電量和光伏組件的使用壽命，從而提高光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：光伏陣列；清洗；清潔度；發(fā)電量

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）01-0048-02

Abstract： Because of the low efficiency and high cost， the existing cleaning methods can not meet the cleaning needs of large-scale photovoltaic arrays， resulting in a serious loss of power generation in photovoltaic power plants. A high pressure water cleaning system is designed， so that photovoltaic array is cleaned by solenoid valve. Rain water and sewage collection system is designed， so that water cost is reduced. And photovoltaic module cleanliness sensor is designed， so that it can provide data reference for scientific arrangement of cleaning plan. The system can improve the cleaning efficiency， reduce the cost of cleaning， increase the power generation of photovoltaic power station and the service life of photovoltaic module， thus improving the economic benefits of photovoltaic power station.

Keywords： photovoltaic array； cleaning； cleanliness； electricity generation

引言

光伏發(fā)電作為一種清潔可再生能源，在國(guó)家政策的支持下，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，截止2016年底，我國(guó)光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量3454萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量7742萬(wàn)千瓦，新增和累計(jì)裝機(jī)容量均為全球第一。美國(guó)圣地亞哥市某光伏電站對(duì)灰塵導(dǎo)致的發(fā)電量損失率進(jìn)行了研究，現(xiàn)有光伏電站運(yùn)行情況顯示，光伏組件積灰對(duì)光伏電站發(fā)電量存在著較大的影響，當(dāng)光伏組件積灰嚴(yán)重時(shí)，發(fā)電量損失最大可以達(dá)到20%左右，現(xiàn)有清洗方式效率低、成本較高，不能滿(mǎn)足大規(guī)模光伏陣列的清洗，導(dǎo)致光伏電站發(fā)電量損失嚴(yán)重。本文設(shè)計(jì)了一種大規(guī)模光伏陣列自動(dòng)清洗系統(tǒng)，提高清洗效率，降低清洗成本，提高光伏電站的發(fā)電量和光伏組件的使用壽命，從而提高光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益。

1 清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用高壓水清洗的方式，將清洗水管網(wǎng)分成一級(jí)水管、二級(jí)水管和三級(jí)水管。其中一級(jí)水管由高壓水泵供水并且內(nèi)部壓力保持在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)；一級(jí)水管通過(guò)一級(jí)電磁閥向二級(jí)水管供水；二級(jí)水管通過(guò)二級(jí)電磁閥向三級(jí)水管供水；三級(jí)水管與清洗機(jī)構(gòu)連接。清洗時(shí)通過(guò)一級(jí)電磁閥和二級(jí)電磁閥的控制就可以將整個(gè)光伏整列分成一定組別依次進(jìn)行清洗。該方案的優(yōu)點(diǎn)是，二級(jí)水管和三級(jí)水管在不清洗時(shí)通過(guò)電磁閥與一級(jí)水管斷開(kāi)，避免清洗管網(wǎng)過(guò)大而出現(xiàn)清洗壓力難以控制的情況。污水、雨水收集槽用于收集清洗時(shí)的污水、以及雨天光伏組件表面收集到的雨水，并通過(guò)雨水、污水管道送入雨水、雨水凈化池凈化后（由濁度計(jì)檢測(cè)）再由水泵輸送到蓄水池中，以實(shí)現(xiàn)節(jié)水。

2 清洗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2是清洗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，將導(dǎo)軌安裝在光伏支架上，移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)噴水管沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，噴水管在自上往下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中向光伏組件噴射高壓水束，將組件表面的灰塵和其他污物沖洗干凈。

圖3是噴水管的結(jié)構(gòu)示意圖，噴水管下側(cè)有噴水縫，噴水縫與光伏組件之間有一個(gè)角度a，以便于灰塵和污物從上往下沖洗。本文設(shè)計(jì)的噴水縫結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的多噴頭結(jié)構(gòu)效果更好，成本更低。

3 清潔度傳感器設(shè)計(jì)

圖4是光伏清潔度傳感器的一種實(shí)施方案。薄膜式清潔機(jī)構(gòu)包括纏繞設(shè)有清潔薄膜的放卷軸4和用于收卷使用后的薄膜的收卷軸5，放卷軸4和收卷軸5分別設(shè)置在對(duì)應(yīng)的光伏板的兩端，且位于放卷軸4和收卷軸5之間的薄膜6覆蓋在對(duì)應(yīng)的光伏板上。數(shù)據(jù)采集器1分別與清潔光伏組件2和對(duì)比光伏組件3電連接并分別采集清潔光伏組件2和對(duì)比光伏組件3的單位面積光伏板的輸出功率。

使用時(shí)，清潔光伏組件2每天均更換薄膜以保持清潔狀態(tài)，而對(duì)比光伏組件3在光伏電站的其他光伏組件清洗時(shí)才同步更換薄膜，如此，通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)采集器1分別采集清潔光伏組件2的光伏板的單位面積輸出功率和對(duì)比光伏組件3的光伏板的單位面積輸出功率，即可計(jì)算出對(duì)比光伏組件3因灰塵覆蓋而導(dǎo)致的功率衰減程度，且由于清潔光伏組件2和對(duì)比光伏組件3均同時(shí)受到薄膜的影響，因此其單位面積輸出功率的比值與實(shí)際情況相同，可為光伏組件的自動(dòng)清洗控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖5是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖?？刂破魍ㄟ^(guò)信號(hào)調(diào)理模塊采集組件清潔度傳感器、壓力傳感器和濁度計(jì)的輸出信號(hào)，并根據(jù)控制策略通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊控制高壓水泵、一級(jí)電磁閥、二級(jí)電磁閥、清洗機(jī)構(gòu)和水泵的運(yùn)行。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）由于光伏組件輸出電流取決于光照強(qiáng)度、組件溫度、組件清潔度等因素；而光伏電站運(yùn)行時(shí)，光照強(qiáng)度、溫度等因素是隨著時(shí)間不斷地在變化，所以直接檢測(cè)到工作狀態(tài)下光伏組件的電流值并不能判斷光伏組件的積塵程度。本項(xiàng)目擬采用比對(duì)的方法來(lái)檢測(cè)光伏組件的清潔度。比對(duì)的光伏組件，一塊每天清洗（等同于清潔的組件），另一塊和電站其他組件一樣；通過(guò)檢測(cè)并比對(duì)兩者輸出功率的百分比，來(lái)確定組件的清潔度（用功率百分比來(lái)表示）。

（2）采用分級(jí)供水，分組清洗的方式，將組件分成若干組，通過(guò)電磁閥來(lái)控制每組的供水（只有當(dāng)前清洗的組供水，其他組暫不供水，這樣就降低了維持管網(wǎng)內(nèi)水壓的難度和成本），即保證了清洗的效率，也降低了供水系統(tǒng)的成本；同時(shí)采用污水、雨水回收系統(tǒng)，可以有效降低用水成本。

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