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反馈积灰监测与光伏运维降本增效
发布时间：2023-12-18 16:31:49
光伏发电因其具有资源丰富、不受地域限制且清洁无污染等优点，已成为全球清洁能源的主要组成部分，在当今世界能源结构中扮演着重要的角色。我国2023年上半年新增光伏并网容量7842.3万千瓦，其中分布式光伏新增并网容量4096.3万千瓦，占总量的52.23%。河南、山东、湖北、江苏、浙江等中东部地区因分布式光伏的快速增长，已经超越西部地区成为我国光伏的重要增长点。
集中式光伏常分布于沙漠、戈壁、荒地、滩涂、海边等地理环境，常面临沙尘、扬尘、海盐、积雪等环境，导致光伏面板的透光率下降，影响发电收益。分布式光伏相比集中式光伏而言，分布更为零散复杂，如工业领域厂房、商业建筑、农业设施、市政等公共建筑物、边远农牧区及海岛等，组件受到的污染情况也更为复杂多样。然而，多数分布式光伏项目规模较小、数字化程度不高、没有办法配备足够的运维人员，造成了诸如积灰清洁不及时、不科学、不彻底等现象、大幅影响分布式光伏的发电收益。
光伏组件表面污染程度受到许多因素的制约，*终积灰程度是多种因素共同作用的结果：
（一）地理构成：组件受污染程度很大程度上取决于安装面板的下垫面类型，扬尘越多，造成组件污染的可能性越高，如干旱或沙漠地区，由于存在高辐照度和较大空间的优势，为光伏电站的建设提供了有利条件，但该环境灰尘弥漫且降雨不足，由于组件积灰所导致的总发电量损失可能高达15%。
（二）气象要素：影响到光伏组件表面污染的气象参数主要包括风速、风向、空气相对湿度、降雨强度、天气现象等。如风速，一方面，灰尘微粒会被风吹起，增加了微粒与组件表面碰撞的概率，从而促进其沉积；另一方面，当风速增加至一定程度，可能会吹落已沉积在组件表面的灰尘，使得积尘量减少。而在潮湿或富含露水的环境中，湿度会增大灰尘微粒所受粘附力，从而促使其发生团聚和凝并，造成结块，使灰尘更难去除。
（三）大气污染情况：大气污染情况包含灰尘类型和大气粉尘浓度。大气中的灰尘微粒来源较广，自然界中有沙子、粘土和石灰石等，还有由于人类活动所产生的灰尘颗粒如燃煤电厂的颗粒排放物、车辆排放物等。根据实验证明对于光伏组件输出性能影响*大的六种污染物分别是石灰石、飞灰、红壤、碳酸钙、二氧化硅和沙子，其中灰尘微粒直径越小，扩散和覆盖能力越强，所造成的功率损失越大。
（四）光伏组件安装参数：光伏组件安装参数和安装倾角及方位角是影响其表面接收太阳辐射量的两个重要参数，也会同时影响到灰尘积累状况。相同条件下，光伏组件下安装倾角越大，其积尘量越少。但对于不同粒径大小的灰尘微粒来说，其积尘量*大时所对应的安装倾角是不同的。此外，较大风速也会相应地增大积尘量*大时所对应的光伏组件安装倾角。
（五）行业状况：对于分布式项目而言，所在地周围的行业状况也会显著影响到光伏组件的积灰状况，如餐饮业屋顶的积灰状况与油污污染程度相关，化式业屋顶的机会状况与工业类型有关（使灰尘微粒呈酸性或碱性）。
因此，为提高组件的可靠性并减少因为积灰所造成的经济损失，采取必要的措施清除积灰至关重要。对于空气质量较好且光伏组件表面积灰量较少的地区，主要依靠风、雨和雪等自然条件进行清洁；但对于积尘量较大的地区，无法依靠自然环境进行清洁，需要借助设备同时可根据灰尘微粒的化学性质加入相应的表面活性剂。除自然清洁和人工手动清洁外，目前常见的清洁方法还有机械法、静电法（EDS）、涂层法3及声波法等。
但清洁过程会消耗一定的物质资源和人力成本，频繁的清洁操作也会增加清洁成本。但如果长时间不清洁，则会导致组件表面污染加剧，会进一步降低发电量并增加经济损失。确定污染情况、寻求*具性价比的清洁周期和清洁方法对光伏运维产业意义重大，以结果为导向，直接监测光伏积灰状况，是当前光伏清洁运维的主流解决方案。
在此主流运维方案中，光伏组件积灰传感器必不可少！此传感器通常利用夹具安装于光伏组件的侧面或顶端，与光伏组件保持统一的安装角度，可远程实时监控光伏组件的积灰污染比或发电损失，并根据设定的阈值进行预警。有些积灰传感器在日常使用中无需进行维护，仅需在清洗光伏组件时以同样的方式对其表面进行清洁（图为南京旗云中天科技有限公司的ZTD系列光伏组件积灰传感器），无需人员操作，维护成本低。该组件积灰传感器可以作为独立的监测设备存在，也可通过Modbus 485数字接口集成到任意系统中，使用方式灵活多变。
南京旗云中天科技有限公司，由海外归国博士和中国科学院气象博士于2019年4月在南京江北新区注册创办，占地1200平米。2019年与南京信息工程大学共建“信大中天研究院”，与“江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室”共建“太阳能联合监测实验室”。产教融合，将科学技术研发与商业需求紧密结合，实现科研成果的快速转化与有效转化。增强了企业技术储备，提升了企业在气象物联网研发和人工智能精细化气象预报服务方面的能力，能够为客户提供商业气象物联网设备和气象大数据服务解决方案。（官网地址：www.ztweather.com）
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集中式光伏常分布于沙漠、戈壁、荒地、滩涂、海边等地理环境，常面临沙尘、扬尘、海盐、积雪等环境，导致光伏面板的透光率下降，影响发电收益。分布式光伏相比集中式光伏而言，分布更为零散复杂，如工业领域厂房、商业建筑、农业设施、市政等公共建筑物、边远农牧区及海岛等，组件受到的污染情况也更为复杂多样。然而，多数分布式光伏项目规模较小、数字化程度不高、没有办法配备足够的运维人员，造成了诸如积灰清洁不及时、不科学、不彻底等现象、大幅影响分布式光伏的发电收益。
组件表面的积灰污染主要从如下几个方面影响发电效率：
（一）遮挡效应：组件表面的积灰、积雪会形成遮挡，降低光伏玻璃的透射率，影响组件受光，降低发电效率。
（二）温度效应：组件表面积灰会增加组件表面的传热热阻，影响组件温度，形成“热斑效应”，从而影响光伏组件寿命，甚至造成光伏组件的永久损坏。
（三）腐蚀效应：在湿润环境下，携有酸性或碱性化学属性的积灰因化学反应腐蚀光伏玻璃盖板，被腐蚀的盖板表面由光滑变得粗糙，导致光线在其表面形成漫反射以致影响组件透射率。
（四）磨损效应：硬度高、密度大、带有棱角的灰尘颗粒，在运动过程中可能会磨损组件表面，降低组件输出功率并缩短使用寿命。
根据大量试验研究结果证实，20g/m2的积尘量会使光电转换效率降低15～35%，短路电流降低15～21%，开路电压降低2～6%；不同的灰尘类型，也将会导致发电量不同程度的下降，如实验证明积尘量为100g/m2的沙、普通水泥的石膏分别可使光伏发电量分别降低约12%、14%和9%；在积尘70天后，光伏组件表面玻璃的透射率降低约25%。
（一）遮挡效应：组件表面的积灰、积雪会形成遮挡，降低光伏玻璃的透射率，影响组件受光，降低发电效率。
（二）温度效应：组件表面积灰会增加组件表面的传热热阻，影响组件温度，形成“热斑效应”，从而影响光伏组件寿命，甚至造成光伏组件的永久损坏。
（三）腐蚀效应：在湿润环境下，携有酸性或碱性化学属性的积灰因化学反应腐蚀光伏玻璃盖板，被腐蚀的盖板表面由光滑变得粗糙，导致光线在其表面形成漫反射以致影响组件透射率。
（四）磨损效应：硬度高、密度大、带有棱角的灰尘颗粒，在运动过程中可能会磨损组件表面，降低组件输出功率并缩短使用寿命。
根据大量试验研究结果证实，20g/m2的积尘量会使光电转换效率降低15～35%，短路电流降低15～21%，开路电压降低2～6%；不同的灰尘类型，也将会导致发电量不同程度的下降，如实验证明积尘量为100g/m2的沙、普通水泥的石膏分别可使光伏发电量分别降低约12%、14%和9%；在积尘70天后，光伏组件表面玻璃的透射率降低约25%。
光伏组件表面污染程度受到许多因素的制约，*终积灰程度是多种因素共同作用的结果：
（一）地理构成：组件受污染程度很大程度上取决于安装面板的下垫面类型，扬尘越多，造成组件污染的可能性越高，如干旱或沙漠地区，由于存在高辐照度和较大空间的优势，为光伏电站的建设提供了有利条件，但该环境灰尘弥漫且降雨不足，由于组件积灰所导致的总发电量损失可能高达15%。
（二）气象要素：影响到光伏组件表面污染的气象参数主要包括风速、风向、空气相对湿度、降雨强度、天气现象等。如风速，一方面，灰尘微粒会被风吹起，增加了微粒与组件表面碰撞的概率，从而促进其沉积；另一方面，当风速增加至一定程度，可能会吹落已沉积在组件表面的灰尘，使得积尘量减少。而在潮湿或富含露水的环境中，湿度会增大灰尘微粒所受粘附力，从而促使其发生团聚和凝并，造成结块，使灰尘更难去除。
（三）大气污染情况：大气污染情况包含灰尘类型和大气粉尘浓度。大气中的灰尘微粒来源较广，自然界中有沙子、粘土和石灰石等，还有由于人类活动所产生的灰尘颗粒如燃煤电厂的颗粒排放物、车辆排放物等。根据实验证明对于光伏组件输出性能影响*大的六种污染物分别是石灰石、飞灰、红壤、碳酸钙、二氧化硅和沙子，其中灰尘微粒直径越小，扩散和覆盖能力越强，所造成的功率损失越大。
（四）光伏组件安装参数：光伏组件安装参数和安装倾角及方位角是影响其表面接收太阳辐射量的两个重要参数，也会同时影响到灰尘积累状况。相同条件下，光伏组件下安装倾角越大，其积尘量越少。但对于不同粒径大小的灰尘微粒来说，其积尘量*大时所对应的安装倾角是不同的。此外，较大风速也会相应地增大积尘量*大时所对应的光伏组件安装倾角。
（五）行业状况：对于分布式项目而言，所在地周围的行业状况也会显著影响到光伏组件的积灰状况，如餐饮业屋顶的积灰状况与油污污染程度相关，化式业屋顶的机会状况与工业类型有关（使灰尘微粒呈酸性或碱性）。
因此，为提高组件的可靠性并减少因为积灰所造成的经济损失，采取必要的措施清除积灰至关重要。对于空气质量较好且光伏组件表面积灰量较少的地区，主要依靠风、雨和雪等自然条件进行清洁；但对于积尘量较大的地区，无法依靠自然环境进行清洁，需要借助设备同时可根据灰尘微粒的化学性质加入相应的表面活性剂。除自然清洁和人工手动清洁外，目前常见的清洁方法还有机械法、静电法（EDS）、涂层法3及声波法等。
但清洁过程会消耗一定的物质资源和人力成本，频繁的清洁操作也会增加清洁成本。但如果长时间不清洁，则会导致组件表面污染加剧，会进一步降低发电量并增加经济损失。确定污染情况、寻求*具性价比的清洁周期和清洁方法对光伏运维产业意义重大，以结果为导向，直接监测光伏积灰状况，是当前光伏清洁运维的主流解决方案。
在此主流运维方案中，光伏组件积灰传感器必不可少！此传感器通常利用夹具安装于光伏组件的侧面或顶端，与光伏组件保持统一的安装角度，可远程实时监控光伏组件的积灰污染比或发电损失，并根据设定的阈值进行预警。有些积灰传感器在日常使用中无需进行维护，仅需在清洗光伏组件时以同样的方式对其表面进行清洁（图为南京旗云中天科技有限公司的ZTD系列光伏组件积灰传感器），无需人员操作，维护成本低。该组件积灰传感器可以作为独立的监测设备存在，也可通过Modbus 485数字接口集成到任意系统中，使用方式灵活多变。
对于光伏运维企业而言，尤其对于无人值守的分布式项目，利用积灰传感器可获取实时的组件污染状况，利用中控平台发布工单和运维建议，大幅减少对于人员经验和性的需求，有效提升工程人员运维的效率，促进光伏运维由人员密集型服务向科技型服务的升级转变。
南京旗云中天科技有限公司，由海外归国博士和中国科学院气象博士于2019年4月在南京江北新区注册创办，占地1200平米。2019年与南京信息工程大学共建“信大中天研究院”，与“江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室”共建“太阳能联合监测实验室”。产教融合，将科学技术研发与商业需求紧密结合，实现科研成果的快速转化与有效转化。增强了企业技术储备，提升了企业在气象物联网研发和人工智能精细化气象预报服务方面的能力，能够为客户提供商业气象物联网设备和气象大数据服务解决方案。（官网地址：www.ztweather.com）
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