大型并网光伏电站电池组件自动水清洗系统

2014-10-21孟繁华

科学时代·下半月 2014年12期

孟繁华

【摘要】光伏电站在节能减排、减少大气污染做出了贡献，但是大型并网光伏电站电池组件清洗一直是电站经营管理人员比较头疼的问题。目前光伏组件表面清洗基本靠人工完成，效率低下，成本较高，如不及时清洗，又影响发电量。本文提出水清洗系统，实现光伏电站电池组件清洗工作高效和环保。

【关键词】光伏电站；组件；水清洗

1引言

为响应国家大力发展清洁绿色能源，节能减排、减少空气污染，国内大型并网光伏电站不断建设为此做出了不小的贡献。但是，目前大型光伏电站电池清洗清洗目前靠人工完成，费时费力，效率低下，水资源浪费十分严重，每年几十、上百甚至几百万元的清洗费用也增加了光伏电站不少的运营成本。因此亟待需要一套光伏电站电池组件自动清洗系统，提高水资源利用率，提高电站电池组件的清洗效率和降低电站运营成本。

2发明的必要性

国内大型并网光伏电站基本建设在西北地区的荒滩戈壁，灰尘遮蔽是影响发电量的重要因素，风沙很大，组件受到灰尘遮蔽的情况严重，图1所示。灰尘遮蔽会减少组件接收的光辐照量，影响系统效率，降低发电量；局部遮蔽会引起热斑效应，造成发电量损失，影响组件的寿命，同时造成安全隐患。所以电池组件表面清洗工作十分重要。

目前靠人工清洗大型并网光伏电站电池组件的方法，费时费力，效率低下，浪费水资源十分严重。一个容量为1MWp的子阵，电池组串数一般为：200至230个，电池组件表面积总和为7000m2左右，一个容量200MWp大型光伏电站其电池组件表面清洗面积可达近140万m2，按0.2元/m2清洗费计算，靠人工每次的清洗费可达28万元。由于人工清洗效率低下，对于容量200MWp大型光伏电站，基本上是清洗一遍需时间25天左右，因为西部风沙较大，25天后前面清洗过的电池组件表面又落了一定厚度的浮灰，往往导致清洗速度赶不上积灰的速度。因此大型光伏电站靠人工清洗的方式已不可取，因此大型光伏电站急需要高效、环保、可靠、稳定的清洗系统。

光伏电池组件清洗生产厂家及规程明确规定，清洁时用清水冲洗，冲洗水压不超过厂家规定值，电池板与水的温差不大于10℃，冲洗时间在11时前或16时后为宜，冬季水洗以组件表面不结冰为原则。人工清洗一般安排在白天，这样清洗过程中会对电池组件造成阴影，影响电池组件的正常发电。还有靠水车，人工用水管冲洗的方法，冲洗后的水白白流入地表造成浪费，没有进行回收循环使用，造成用水量很大。目前国家也对地下水资源开采逐步进行了限制，因此靠水车，人工用水管冲洗，用水量不受节制的方法不久将会受到限制。为了提高清洗效率，减少人工及劳动强度，减少水资源的浪费，降低电站运营成本出发，提出了光伏电站电池组件自动水清洗系统。

2.2技术构思

目前绝大多数并网光伏电站采用固定式支架，此清洗系统也主要針对采用固定支架的大型并网光伏电站。利用“喷淋”原理，在夜间光伏组件停止发电期间，连续不断对组件表面浮灰污垢进行冲洗，并将清洗后的污水通过集水槽进行汇集，集水槽的污水再以自流方式通过排水管流到污水沉淀池进行沉淀，沉淀后的清水以溢流方式流入清水池循环使用，详见图2原理所示。由于大型并网光伏电站面积巨大，可按子阵分批清洗，利用电磁阀（或电动阀）控制各个清洗区域的进水，利用PLC控制电磁阀（或电动阀）实现分片分区域自动逐步清洗。

2.3原理及方案

除冬季夜间外，利用“喷淋”原理，可以连续不断对组件表面浮灰污垢进行冲洗，并将清洗完后的污水进行汇集，汇集的污水以自流方式汇集到污水沉淀池进行物理沉淀，沉淀后的清水头通过溢流方式进入清水池进行循环使用。考虑到污水汇集，水池必须设在光伏电站地势位置最低的部位，这样才能将各子阵组串清洗完后的污水顺地势靠重力自流通过污水管汇集到污水沉淀池。为了保证排水顺畅，各光伏组串的出水边下方的集水槽安装时，集水槽顺排水方向一头略向下低1～2度，方便水顺势向排水管汇集，排水管安装时也要顺水流方向略向下低1～2度，保证排水顺畅，管路不存积水。喷淋水管及喷淋头采用不生锈、耐风吹日晒不易老化的材料。在清水池及污水沉淀池设计上要考虑水泵吸水口位置，如图2所示，便于抽水和清淤抽泥，水池底部均应向水泵吸水管方向向下倾斜，便于淤泥沉降在水泵吸水口下部，这样清水池清淤时，其下部沉淀的淤泥用临时用吸污泵抽出。

为了实现自动分片分区域清洗，采用PLC控制，分时段轮流开启子阵电磁阀，再以组串电磁阀配合，对子阵内的各电池组串进行清洗，可根据水泵流量及喷淋水压，用PLC控制组同时开启组串电磁阀的个数，最终做到水量充足，水压适宜。实现一个子阵内十几个甚至几十个组串同时清洗。当一个子阵清洗完，利用PLC对子阵电磁阀的控制切换到下一个子阵清洗，逐步完成全站电池组件表面的清洗工作。如果15分钟清洗1个子阵，一天允许清洗时间按19小时计算，200MWp光伏电站3天之内就可以完成全部清洗任务。