大型并網(wǎng)光伏電站電池組件自動(dòng)水清洗系統(tǒng)

孟繁華

【摘 要】光伏電站在節(jié)能減排、減少大氣污染做出了貢獻(xiàn)，但是大型并網(wǎng)光伏電站電池組件清洗一直是電站經(jīng)營(yíng)管理人員比較頭疼的問(wèn)題。目前光伏組件表面清洗基本靠人工完成，效率低下，成本較高，如不及時(shí)清洗，又影響發(fā)電量。本文提出水清洗系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光伏電站電池組件清洗工作高效和環(huán)保。

【關(guān)鍵詞】光伏電站；組件；水清洗

1引 言

為響應(yīng)國(guó)家大力發(fā)展清潔綠色能源，節(jié)能減排、減少空氣污染，國(guó)內(nèi)大型并網(wǎng)光伏電站不斷建設(shè)為此做出了不小的貢獻(xiàn)。但是，目前大型光伏電站電池清洗清洗目前靠人工完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，水資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重，每年幾十、上百甚至幾百萬(wàn)元的清洗費(fèi)用也增加了光伏電站不少的運(yùn)營(yíng)成本。因此亟待需要一套光伏電站電池組件自動(dòng)清洗系統(tǒng)，提高水資源利用率，提高電站電池組件的清洗效率和降低電站運(yùn)營(yíng)成本。

2發(fā)明的必要性

國(guó)內(nèi)大型并網(wǎng)光伏電站基本建設(shè)在西北地區(qū)的荒灘戈壁，灰塵遮蔽是影響發(fā)電量的重要因素，風(fēng)沙很大，組件受到灰塵遮蔽的情況嚴(yán)重，圖1所示?；覊m遮蔽會(huì)減少組件接收的光輻照量，影響系統(tǒng)效率，降低發(fā)電量；局部遮蔽會(huì)引起熱斑效應(yīng)，造成發(fā)電量損失，影響組件的壽命，同時(shí)造成安全隱患。所以電池組件表面清洗工作十分重要。

目前靠人工清洗大型并網(wǎng)光伏電站電池組件的方法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，浪費(fèi)水資源十分嚴(yán)重。一個(gè)容量為1MWp的子陣，電池組串?dāng)?shù)一般為：200至230個(gè)，電池組件表面積總和為7000m2左右，一個(gè)容量200MWp大型光伏電站其電池組件表面清洗面積可達(dá)近140萬(wàn)m2，按0.2元/m2清洗費(fèi)計(jì)算，靠人工每次的清洗費(fèi)可達(dá)28萬(wàn)元。由于人工清洗效率低下，對(duì)于容量200MWp大型光伏電站，基本上是清洗一遍需時(shí)間25天左右，因?yàn)槲鞑匡L(fēng)沙較大，25天后前面清洗過(guò)的電池組件表面又落了一定厚度的浮灰，往往導(dǎo)致清洗速度趕不上積灰的速度。因此大型光伏電站靠人工清洗的方式已不可取，因此大型光伏電站急需要高效、環(huán)保、可靠、穩(wěn)定的清洗系統(tǒng)。

光伏電池組件清洗生產(chǎn)廠家及規(guī)程明確規(guī)定，清潔時(shí)用清水沖洗，沖洗水壓不超過(guò)廠家規(guī)定值，電池板與水的溫差不大于10℃，沖洗時(shí)間在11時(shí)前或16時(shí)后為宜，冬季水洗以組件表面不結(jié)冰為原則。人工清洗一般安排在白天，這樣清洗過(guò)程中會(huì)對(duì)電池組件造成陰影，影響電池組件的正常發(fā)電。還有靠水車，人工用水管沖洗的方法，沖洗后的水白白流入地表造成浪費(fèi)，沒(méi)有進(jìn)行回收循環(huán)使用，造成用水量很大。目前國(guó)家也對(duì)地下水資源開(kāi)采逐步進(jìn)行了限制，因此靠水車，人工用水管沖洗，用水量不受節(jié)制的方法不久將會(huì)受到限制。為了提高清洗效率，減少人工及勞動(dòng)強(qiáng)度，減少水資源的浪費(fèi)，降低電站運(yùn)營(yíng)成本出發(fā)，提出了光伏電站電池組件自動(dòng)水清洗系統(tǒng)。

2.2技術(shù)構(gòu)思

目前絕大多數(shù)并網(wǎng)光伏電站采用固定式支架，此清洗系統(tǒng)也主要針對(duì)采用固定支架的大型并網(wǎng)光伏電站。利用“噴淋”原理，在夜間光伏組件停止發(fā)電期間，連續(xù)不斷對(duì)組件表面浮灰污垢進(jìn)行沖洗，并將清洗后的污水通過(guò)集水槽進(jìn)行匯集，集水槽的污水再以自流方式通過(guò)排水管流到污水沉淀池進(jìn)行沉淀，沉淀后的清水以溢流方式流入清水池循環(huán)使用，詳見(jiàn)圖2原理所示。由于大型并網(wǎng)光伏電站面積巨大，可按子陣分批清洗，利用電磁閥（或電動(dòng)閥）控制各個(gè)清洗區(qū)域的進(jìn)水，利用PLC控制電磁閥（或電動(dòng)閥）實(shí)現(xiàn)分片分區(qū)域自動(dòng)逐步清洗。

2.3原理及方案

除冬季夜間外，利用“噴淋”原理，可以連續(xù)不斷對(duì)組件表面浮灰污垢進(jìn)行沖洗，并將清洗完后的污水進(jìn)行匯集，匯集的污水以自流方式匯集到污水沉淀池進(jìn)行物理沉淀，沉淀后的清水頭通過(guò)溢流方式進(jìn)入清水池進(jìn)行循環(huán)使用。考慮到污水匯集，水池必須設(shè)在光伏電站地勢(shì)位置最低的部位，這樣才能將各子陣組串清洗完后的污水順地勢(shì)靠重力自流通過(guò)污水管匯集到污水沉淀池。為了保證排水順暢，各光伏組串的出水邊下方的集水槽安裝時(shí)，集水槽順排水方向一頭略向下低1～2度，方便水順勢(shì)向排水管匯集，排水管安裝時(shí)也要順?biāo)鞣较蚵韵蛳碌?～2度，保證排水順暢，管路不存積水。噴淋水管及噴淋頭采用不生銹、耐風(fēng)吹日曬不易老化的材料。在清水池及污水沉淀池設(shè)計(jì)上要考慮水泵吸水口位置，如圖2所示，便于抽水和清淤抽泥，水池底部均應(yīng)向水泵吸水管方向向下傾斜，便于淤泥沉降在水泵吸水口下部，這樣清水池清淤時(shí)，其下部沉淀的淤泥用臨時(shí)用吸污泵抽出。

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分片分區(qū)域清洗，采用PLC控制，分時(shí)段輪流開(kāi)啟子陣電磁閥，再以組串電磁閥配合，對(duì)子陣內(nèi)的各電池組串進(jìn)行清洗，可根據(jù)水泵流量及噴淋水壓，用PLC控制組同時(shí)開(kāi)啟組串電磁閥的個(gè)數(shù)，最終做到水量充足，水壓適宜。實(shí)現(xiàn)一個(gè)子陣內(nèi)十幾個(gè)甚至幾十個(gè)組串同時(shí)清洗。當(dāng)一個(gè)子陣清洗完，利用PLC對(duì)子陣電磁閥的控制切換到下一個(gè)子陣清洗，逐步完成全站電池組件表面的清洗工作。如果15分鐘清洗1個(gè)子陣，一天允許清洗時(shí)間按19小時(shí)計(jì)算，200MWp光伏電站3天之內(nèi)就可以完成全部清洗任務(wù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于大型并網(wǎng)光伏電站近兩年才開(kāi)始興起，因此缺少組件自動(dòng)清洗方面的設(shè)備和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該系統(tǒng)需要在實(shí)際使用過(guò)程中不斷完善和改進(jìn)，提高水清洗效率和清洗效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]格爾木光伏電站運(yùn)行規(guī)程2013.6.

[2]中國(guó)電力投資集團(tuán)公司光伏電站運(yùn)行規(guī)程2014.10.

[3]王長(zhǎng)貴、王斯成，太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù).