光伏组件自动清洗系统的设计

朱荣茂+方晓敏

摘 要：针对现有清洗方式效率低、成本较高，不能满足大规模光伏阵列的清洗需求，导致光伏电站发电量损失严重。设计了一种高压水清洗系统，通过电磁阀将光伏阵列进行分组清洗，设计了雨水、污水收集系统，降低了用水成本，设计了光伏组件清洁度传感器，可以为科学安排清洗计划提供数据参考。该系统可以提高清洗效率，降低清洗成本，提高光伏电站的发电量和光伏组件的使用寿命，从而提高光伏电站的经济效益。

关键词：光伏阵列；清洗；清洁度；发电量

中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：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

光伏发电作为一种清洁可再生能源，在国家政策的支持下，近年来得到了迅速的发展。据国家能源局统计，截止2016年底，我国光伏发电新增装机容量3454万千瓦，累计装机容量7742万千瓦，新增和累计装机容量均为全球第一。美国圣地亚哥市某光伏电站对灰尘导致的发电量损失率进行了研究，现有光伏电站运行情况显示，光伏组件积灰对光伏电站发电量存在着较大的影响，当光伏组件积灰严重时，发电量损失最大可以达到20%左右，现有清洗方式效率低、成本较高，不能满足大规模光伏阵列的清洗，导致光伏电站发电量损失严重。本文设计了一种大规模光伏阵列自动清洗系统，提高清洗效率，降低清洗成本，提高光伏电站的发电量和光伏组件的使用寿命，从而提高光伏电站的经济效益。

1 清洗系统设计

采用高压水清洗的方式，将清洗水管网分成一级水管、二级水管和三级水管。其中一级水管由高压水泵供水并且内部压力保持在设定的压力范围内；一级水管通过一级电磁阀向二级水管供水；二级水管通过二级电磁阀向三级水管供水；三级水管与清洗机构连接。清洗时通过一级电磁阀和二级电磁阀的控制就可以将整个光伏整列分成一定组别依次进行清洗。该方案的优点是，二级水管和三级水管在不清洗时通过电磁阀与一级水管断开，避免清洗管网过大而出现清洗压力难以控制的情况。污水、雨水收集槽用于收集清洗时的污水、以及雨天光伏组件表面收集到的雨水，并通过雨水、污水管道送入雨水、雨水净化池净化后（由浊度计检测）再由水泵输送到蓄水池中，以实现节水。

2 清洗机构设计

图2是清洗机构的结构示意图，将导轨安装在光伏支架上，移动机构带动喷水管沿导轨运动，喷水管在自上往下运动的过程中向光伏组件喷射高压水束，将组件表面的灰尘和其他污物冲洗干净。

图3是喷水管的结构示意图，喷水管下侧有喷水缝，喷水缝与光伏组件之间有一个角度a，以便于灰尘和污物从上往下冲洗。本文设计的喷水缝结构比传统的多喷头结构效果更好，成本更低。

3 清洁度传感器设计

图4是光伏清洁度传感器的一种实施方案。薄膜式清洁机构包括缠绕设有清洁薄膜的放卷轴4和用于收卷使用后的薄膜的收卷轴5，放卷轴4和收卷轴5分别设置在对应的光伏板的两端，且位于放卷轴4和收卷轴5之间的薄膜6覆盖在对应的光伏板上。数据采集器1分别与清洁光伏组件2和对比光伏组件3电连接并分别采集清洁光伏组件2和对比光伏组件3的单位面积光伏板的输出功率。

使用时，清洁光伏组件2每天均更换薄膜以保持清洁状态，而对比光伏组件3在光伏电站的其他光伏组件清洗时才同步更换薄膜，如此，通过设置数据采集器1分别采集清洁光伏组件2的光伏板的单位面积输出功率和对比光伏组件3的光伏板的单位面积输出功率，即可计算出对比光伏组件3因灰尘覆盖而导致的功率衰减程度，且由于清洁光伏组件2和对比光伏组件3均同时受到薄膜的影响，因此其单位面积输出功率的比值与实际情况相同，可为光伏组件的自动清洗控制提供数据依据。

4 控制系统设计

图5是控制系统结构示意图。控制器通过信号调理模块采集组件清洁度传感器、压力传感器和浊度计的输出信号，并根据控制策略通过驱动模块控制高压水泵、一级电磁阀、二级电磁阀、清洗机构和水泵的运行。

5 创新点

（1）由于光伏组件输出电流取决于光照強度、组件温度、组件清洁度等因素；而光伏电站运行时，光照强度、温度等因素是随着时间不断地在变化，所以直接检测到工作状态下光伏组件的电流值并不能判断光伏组件的积尘程度。本项目拟采用比对的方法来检测光伏组件的清洁度。比对的光伏组件，一块每天清洗（等同于清洁的组件），另一块和电站其他组件一样；通过检测并比对两者输出功率的百分比，来确定组件的清洁度（用功率百分比来表示）。

（2）采用分级供水，分组清洗的方式，将组件分成若干组，通过电磁阀来控制每组的供水（只有当前清洗的组供水，其他组暂不供水，这样就降低了维持管网内水压的难度和成本），即保证了清洗的效率，也降低了供水系统的成本；同时采用污水、雨水回收系统，可以有效降低用水成本。

参考文献：

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[2]王子文，李明滨，慕松，等.大型光伏电站光伏组件自动清洗机的设计[J].自动化仪表，2016（01）：73-76.

[3]龚芳馨，刘晓伟，王靓.光伏电站太阳能板的清洁技术综述[J].水电与新能源，2015（05）：71-73.endprint