工具（序号：02号）08/20/19

模块化光伏组件清扫装置技术创新及应用

华电电力科学研究院有限公司

引言

光伏组件在实际运行中，由于外界环境中浮灰、沙尘等在组件表面的积累，导致组件发电功率降低，在风沙、雾霾等情况较严重的地区，由于灰尘遮挡而导致的组件功率损失可达20%以上。光伏组件的清洗运维工作存在人工成本高、清洗效率低、清洗不及时等问题。在这种背景下，本项目研究并开发了一种结构简化、成本可控、运维智能的光伏组件清扫设备，以期为光伏发电站组件清洗运维工作实现自动化。

该项目曾获得中国华电集团青年创新创效成果金奖、中电联创新二等奖等。

制作背景

目前，国外研究光伏组件清洗技术的国家主要是美国、日本、欧洲等一些光伏产业发达的国家。我国近年才开始相关研究。通过国外调研，据NASA研究表明，每平方米范围内仅4.05 g尘埃将造成太阳能转换电能比例降低高达40%。美国圣地亚哥市的一个光伏电站的灰尘导致的发电量的损失值，在没有降雨期间，灰尘导致的光伏电站发电量的损失率一直在增加，最高时为22%。国内落尘污染的研究以甘肃敦煌地区某光伏电站为例，在19天的时间，未经清洗的组件输出功率越来越低，与每日清洗的组件输出功率最大差值近20%。目前国内光伏电站光伏组串的清洗方法和状况如下：1）人工清洗劳动力密集、人员不易管理；人员水平差异较大清洁过程不易控制、清洗效果不理想；人工清洗效率低；人工清洗对光伏组件有磨损，影响光伏组件的寿命。2）水枪冲洗用水量大，压力高会造成光伏组件裂纹，山地电站无法使用。3）清洗车适用于光伏组串前后间距较大，地势比较平坦的区域；需要专业的技术人员操作；无法用于农光、渔光互补的光伏项目。

原理或机理

1.结构原理

本项目以降低设备成本，实现模块化分解，提高设备应用中的运行效率和自动化为目标进行了相关研究，主要包括以下内容：

1）模块化设计

模块化分解，设计有电池与驱动模块，清扫模块、红外成像模块等关键功能模块。其中，电池与驱动模块为即插即用式，将设备中成本最高的驱动部分实现共享化，可使多组设备共用同一驱动部分，大幅降低了单机成本。同时，驱动电机的性能与质量较为可靠，在配备备件的情况下可实现全程清扫设备的无间断运行，在提高清洗效率的同时，也降低了设备维护费用。

2） 热斑故障检测功能的设计

清扫装置集成了热斑故障检测设备，实现了在组件清扫过程中的组件热斑故障的自动检测。热斑故障检测设备可在清扫设备运行时，自动检测热斑故障、自动对热斑故障进行分级、自动出报告（以上功能均为自主开发）。原来出报告需要一个月左右，使用该设备只需要几分钟，大幅提高热斑故障的诊断速度，大幅提升组件的发电能力。

2.其他





创新亮点

1、降低设备成本，利于设备的推广

模块化分解，实现了多组设备共享驱动模块的设计，减少了设备中的驱动电机总数量，可降低单机成本约60%左右。

2、集成辅助运维功能

集成了热斑故障检测设备，在组件清扫过程中组件热斑故障自动检测、自动进行热斑故障级别分级、自动出报告(以上功能为原创)。原来出报告需要一个月左右，使用该设备只需要几分钟，大幅提高热斑故障的诊断速度，大幅提高电站的运维智能化水平，大幅提升电站的发电能力。

实施应用前后效果（益）情况对比

为实验清扫设备的清洗效果，开展了实地实验。各样本阵列的装机容量相同（350kW），实验持续时间约3个月。在相同的数据采集时间段内发电量对比数据见表1，发电量提升均以无清洁的样本数据为计算参考值。

表1 实验清洁频率与发电量提升量对比

样本序号

清洁频率

发电量统计（kW·h）

发电量提升（%）

1

每两天

165428

16.89

2

每七天

159157

12.46

3

每季度

143965

1.72

4

每半年

142659

0.80

5

无清洁

141524

0

由实际应用案例可以看出，采用每两天或每七天的清洁频率对光伏发电站的组件阵列的发电量提升有着显著的增益，最大增幅比例近17%。折算为发电收益时，按照电价0.8元/千瓦时计算，一个350kW的光伏阵列采用最高清洗频次设定时，可获得约1.9万元/季度的发电收益增量,在30MW光伏电站推广，年收益将增加645.97万。同时，智能清洗设备不影响电站日间正常发电，运行维护成本可控，具有良好的工程应用经济性。

可推广应用范围

光伏组件自动清扫装置的引入，能够为光伏电站提供自动化、智能化的组件阵列清扫服务。产品的设计，降低了设备成本，实现了便捷运维，有利于在光伏电站中推广应用。

通过项目成果的应用推广，可有效促进光伏发电站运维自动化与智能化的发展，降低运维人工强度，提高电站发电能力，具有良好的社会与经济效益。