光伏電站運維過程中清潔技術的經濟性分析

摘要：隨著我國光伏產業的發展，政府頒布系列扶持光伏產業的相關政策，利用太陽能發電迎來廣闊的發展前景。為了提高光伏組件及系統的發電量及經濟效益，需要對光伏組件進行及時清潔。太陽能光伏組件表面積灰污染影響其發電效率，然而清潔光伏組件又增加發電成本，通過對同類型清潔和未清潔的光伏組件發電成本的對比分析，得出清洗后光伏組件日等效小時數平均得到了提高，經濟效益明顯。

關鍵詞：光伏發電；積灰；經濟性

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0195-02

作為最豐富的可再生能源，太陽能具有取之不盡、用之不竭、沒有污染、沒有消耗、沒有任何有害物質的排放等優點，是最為潔凈的清潔、環保、綠色能源，因而得到我國政府的大力推廣與扶持。太陽能光伏產品具有無噪聲、安全可靠、無污染，沒有機械轉動部件，維護方便，故障率比較低，可以無人值守等優點。光伏電站的建站周期短，規模大小隨意，無需架設輸電線路，可以方便地與建筑物相結合，這些都是常規發電和其它發電方式所不及的。

一、我國光伏發電效益分析

2013年中國光伏發電新增裝機容量達到了12WG，同比增長232%，占2013年全球光伏發電新增容量31.2%。中國已經超越德國成為全球最大的光伏市場?！缎履茉凑衽d規劃》明確指出，到2020年中國光伏發電的裝機總量將達到2000萬千瓦，同時《可再生能源法》明確指出國家鼓勵和支持可再生能源并網發電，要求電網企業全額收購其電網覆蓋范圍內可再生能源并網發電項目的上網電量。

隨著智能電網的大規模集中建設，新能源發電并網技術的日漸成熟，分布式發電大規模并網有望得以實現。分布式發電一般是指將相對小型的發電裝置分散布置在用戶（負荷）現場或用戶附近的發電/供能方式。與傳統的集中式電源遠距離輸電方式不同，處于配電側的分布式發電，除具有高效、靈活、環保等優勢外，還因其小范圍近距離的供電方式，提高了多方利益主體的經濟效益。分布式能源具有低能耗、高能效、低排放、高節能潛力等優勢，延緩了輸、配電網升級換代所需的巨額投資，同時它與大電網互為備用使供電可靠性也得以改善。最近幾年，分布式發電已經引起了國內產業的關注，并陸續有一大部分分布式電源投產，并取得了顯著節能效果。

由于與建筑物直接結合，分布式光伏發電省掉了地面并網光伏電站的征地費用以及大規模并網光伏必須的送出線路建設，因此參照目前光伏組件約4.5元/瓦價格，計算中考慮分布式光伏發電造價成本為9元/瓦。經濟性測算采用投資項目常用的內部收益率（IRR）測算法，具體指項目投資實際可望達到的收益率。實質上，它是能使項目的凈現值等于零時的折現率。

采用分布式光伏發電用于居民自用時，整體收益由于居民自用電價格較低，有補貼情況時整體收益率可以達到全投資9.11%，資本金內部收益率10.98%。而分布式光伏發電用于一般工商業自用時，基準電價與補貼電價共1.4元/千瓦時，經測算每年電費收入約140萬元，全投資內部收益率16.09%，資本金內部收益率37.83%，年均電費收入達到140萬元。因此，光伏發電對于一般企業投資具有一定的吸引性。

從目前來看，我國光伏產業的發展離不開政府各項有力政策的支持，隨著科學技術的進一步發展及能源消耗的降低，也在一定程度上能降低光伏發電的成本，取得一定的經濟效益。

二、提高光伏電站經濟效益的策略

為了提高光伏系統發電效率，可以從提高核心部件性能和改善運行環境兩方面著手。由于氣候、環境等因素的影響，導致太陽能組件表面容易積灰，而“灰塵”是影響太陽能光伏發電系統效率的一個重要的因素，多晴少雨的天氣有利于光伏發電，但隨之而來的影響是組件表面積灰多，因此必須對太陽能組件進行定期的清潔。太陽能光伏清潔技術是提高系統發電效率的有效途徑。

對于中國西北地區的光伏電站，灰塵遮蔽是影響發電量的重要因素，西北地區干旱缺水，風沙很大，組件受到灰塵遮蔽的情況嚴重?；覊m遮蔽會減少組件接收的光輻照量，影響系統效率，降低發電量；局部遮蔽會引起熱斑效應，造成發電量損失，影響組件的壽命，同時造成安全隱患。

1.清潔光伏組件

灰塵遮蔽會嚴重影響組件的輸出功率，進而會減少電站的發電量。光伏電站的運行維護過程中，清潔技術的使用可以使產品達到國家環保標準，使得企業在競爭中有更強的競爭力，并且還可以降低使用成本。為了減少灰塵遮蔽的影響，需要對組件進行定期清洗。應該結合光伏電站的環境和氣候特點、預測發電量和清洗費用，制定經濟性最佳的清洗方案，即清洗組件帶來的發電量增益與清洗組件的費用相比收益最高。

然而，清潔光伏組件需要消耗人工以及用水費用等，下面通過對同類清潔和未清潔光伏組件發電成本的經濟性對比分析比較確定光伏組件清洗的最佳周期。下面以某光伏電站運行情況為例進行說明。

根據多年光伏電站運行經驗，某光伏電站全年最大發電小時達1090小時，輻照度最大時接近1000W/m2，發電最好時機一般在6～9月份。為不影響發電量，保潔工作一般在春秋季進行。

光伏電站裝機容量為8.26875MWp，太陽能組件數量33620塊，組件大部分采取平鋪安裝方式（鋼結構屋面），只有少量的混凝土屋面安裝角度為11度。對于平鋪安裝的組件，即使下雨過后，組件表面仍殘留灰塵，影響組件發電效率。圖1和圖2為平鋪電站組件積灰情況以及清洗保潔后的情況。

2.光伏組件清潔前后數據分析

光伏電站共兩期分別安裝了容量為1.4016MWp（以下簡稱“電站1”）和8.26875MWp（以下簡稱“電站2”）的光伏電站，同一廠區在輻照度上趨于相同，取電站1和電站2為對比樣本，分析組件清潔效果。

組件清洗時間為：10月10日開始清洗，10月18日清洗完成。清洗后至10月31日首次下小雨，下雨之后對組件的清潔度有影響，所以對比的時間段取10月1日至10月30日。對比指標為日等效發電小時（日等效發電小時=日發電量/裝機容量），等效小時差=電站2子站日等效發電小時-電站1子站日等效發電小時。

電站2與電站1等效發電小時平均差值：清洗前（10月1日- 10月9日），等效小時發電平均差值-0.03，電站2稍小于電站1；部分清洗（10月16日- 10月17日），等效小時發電平均差值0.09，電站2微大于電站1；大部分清洗（10月1日- 10月9日），等效小時發電平均差值0.25，電站2明顯大于電站1；剛剛全部清洗（10月18日- 10月22日），等效小時發電平均差值0.28，電站2明顯大于電站1；全部清洗五天后（10月23日- 10月30日），等效小時發電平均差值0.06，電站2略大于電站1。

可以看出，清洗前電站1與電站2的效率大致相等，從10月10日，清洗組件開始，電站2的發電效率開始明顯高于電站1。隨著清洗組件的增多至完成，效率逐漸增大，同時，隨著清洗后時間的延長，由于合肥地區的環境污染，其等效發電小時差值在逐漸縮小。

3.組件清潔后經濟效益分析

電站2子站清洗組件所提高的發電量=提高等效小時*子站裝機容量，部分結果如下：10月21日提高等效小時0.16，提高的發電量1363.6；10月22日提高等效小時0.11，提高的發電量920.4；10月23日提高等效小時0.13，提高的發電量1111.7；10月24日提高等效小時0.08，提高的發電量679.5；10月25日提高等效小時-0.04，提高的發電量-293.5；10月26日提高等效小時-0.02，提高的發電量-143.9；10月27日提高等效小時0.14，提高的發電量1147.2；10月28日提高等效小時0.13，提高的發電量1057.3；10月29日提高等效小時0.12，提高的發電量969.3；10月30日提高等效小時0.05，提高的發電量419.2。

清洗組件后，至10月31日下雨前共提高發電量25520千瓦時。電價按0.68元/千瓦時，清洗組件增加的收益17353.6元。

本次組件清洗的費用計算如下：組件33620元，組件表面積為54968.7m2，人工費0.24428元/m2，清洗費用為54968.7*0.24428=13427.6元。消耗水量約為2100噸，水費用為2100*2.65=5565元。清洗組件收益為17353.6-13427.6-5565=-1639元。

通過以上分析可知，本次保潔明顯提高了組件發電量（57398.7千瓦時），但保潔過程中也發生了一些費用，致使近半個月產生的經濟價值相比發生費用為負盈利1639元。從近幾日的發電數據看，電站2子站保潔后仍在提高發電效率，明顯高于未保潔的美芝、日立、東風機電等平鋪電站。

因此，保潔工作總體上是盈利的，另外，及時清理組件上的積灰也有利于提高組件的使用壽命。通過光伏組件清潔工作分析，也為后期保潔工作確定合理的周期提供依據。根據保潔產生的經濟效益，對于組件平鋪安裝的光伏電站在春秋冬季保潔周期宜為兩個月一次較為合理。

三、結束語

在光伏電站運行過程中，灰塵的遮蔽對設備產生較大影響。灰塵堆積會導致光伏組件的發電量減少，光輻射強度降低，另外，還會產生熱斑效應，產生安全隱患，在運行中需要引起足夠重視。隨著光伏組件的定期維護與清洗，會在一定程度上提升電量產出，帶來較好的經濟效益。科技是第一生產力，作為光伏產業中不可缺少的重要部分，太陽能光伏清潔技術必將提升光伏產業的產能，持續提高經濟效益。

在光伏電站的運維過程中，應根據光伏電站的預測發電量、電站場址的灰塵沉積速度和組件清洗成本確定最佳的灰塵遮蔽容忍值，以此經濟性最佳的清洗方案，提高電站的發電量。對于組件的清洗方法和要求，要參照技術部門提供的組件清潔維護技術規范書，需要特別強調的一定要避免組件局部清洗不凈。另外由于目前清洗成本較高，使得最佳遮蔽容忍值較高，因此尋求與專業化的清洗公司合作，降低清洗成本和風險，是目前提高發電量的重要方向。隨著科技的進步，尤其是清潔技術的進一步發展及成本的降低，光伏產業必將迎來新的發展機遇和前景。

參考文獻：

[1]蘇劍，周莉梅，李蕊.分布式光伏發電并網的成本/效益分析[J].中國電機工程學報，2013，（12）.

[2]胡云巖，張瑞英.中國太陽能光伏發電的發展現狀及前景[J].河北科技大學學報，2014，（1）.

[3] 曾鳴，程俊，錢霞，劉宏志，薛松. 分布式發電競價上網市場交易機制研究[J].華東電力，2012，40（1）：1-4.

（責任編輯：孫晴）