大型并網光伏電站電池組件自動水清洗系統

孟繁華

【摘 要】光伏電站在節能減排、減少大氣污染做出了貢獻，但是大型并網光伏電站電池組件清洗一直是電站經營管理人員比較頭疼的問題。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，如不及時清洗，又影響發電量。本文提出水清洗系統，實現光伏電站電池組件清洗工作高效和環保。

【關鍵詞】光伏電站；組件；水清洗

1引 言

為響應國家大力發展清潔綠色能源，節能減排、減少空氣污染，國內大型并網光伏電站不斷建設為此做出了不小的貢獻。但是，目前大型光伏電站電池清洗清洗目前靠人工完成，費時費力，效率低下，水資源浪費十分嚴重，每年幾十、上百甚至幾百萬元的清洗費用也增加了光伏電站不少的運營成本。因此亟待需要一套光伏電站電池組件自動清洗系統，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營成本。

2發明的必要性

國內大型并網光伏電站基本建設在西北地區的荒灘戈壁，灰塵遮蔽是影響發電量的重要因素，風沙很大，組件受到灰塵遮蔽的情況嚴重，圖1所示。灰塵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。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光伏電站電池組件的方法，費時費力，效率低下，浪費水資源十分嚴重。一個容量為1MWp的子陣，電池組串數一般為：200至230個，電池組件表面積總和為7000m2左右，一個容量200MWp大型光伏電站其電池組件表面清洗面積可達近140萬m2，按0.2元/m2清洗費計算，靠人工每次的清洗費可達28萬元。由于人工清洗效率低下，對于容量200MWp大型光伏電站，基本上是清洗一遍需時間25天左右，因為西部風沙較大，25天后前面清洗過的電池組件表面又落了一定厚度的浮灰，往往導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、環保、可靠、穩定的清洗系統。

光伏電池組件清洗生產廠家及規程明確規定，清潔時用清水沖洗，沖洗水壓不超過廠家規定值，電池板與水的溫差不大于10℃，沖洗時間在11時前或16時后為宜，冬季水洗以組件表面不結冰為原則。人工清洗一般安排在白天，這樣清洗過程中會對電池組件造成陰影，影響電池組件的正常發電。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，沒有進行回收循環使用，造成用水量很大。目前國家也對地下水資源開采逐步進行了限制，因此靠水車，人工用水管沖洗，用水量不受節制的方法不久將會受到限制。為了提高清洗效率，減少人工及勞動強度，減少水資源的浪費，降低電站運營成本出發，提出了光伏電站電池組件自動水清洗系統。

2.2技術構思

目前絕大多數并網光伏電站采用固定式支架，此清洗系統也主要針對采用固定支架的大型并網光伏電站。利用“噴淋”原理，在夜間光伏組件停止發電期間，連續不斷對組件表面浮灰污垢進行沖洗，并將清洗后的污水通過集水槽進行匯集，集水槽的污水再以自流方式通過排水管流到污水沉淀池進行沉淀，沉淀后的清水以溢流方式流入清水池循環使用，詳見圖2原理所示。由于大型并網光伏電站面積巨大，可按子陣分批清洗，利用電磁閥（或電動閥）控制各個清洗區域的進水，利用PLC控制電磁閥（或電動閥）實現分片分區域自動逐步清洗。

2.3原理及方案

除冬季夜間外，利用“噴淋”原理，可以連續不斷對組件表面浮灰污垢進行沖洗，并將清洗完后的污水進行匯集，匯集的污水以自流方式匯集到污水沉淀池進行物理沉淀，沉淀后的清水頭通過溢流方式進入清水池進行循環使用。考慮到污水匯集，水池必須設在光伏電站地勢位置最低的部位，這樣才能將各子陣組串清洗完后的污水順地勢靠重力自流通過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，集水槽順排水方向一頭略向下低1～2度，方便水順勢向排水管匯集，排水管安裝時也要順水流方向略向下低1～2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、耐風吹日曬不易老化的材料。在清水池及污水沉淀池設計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，其下部沉淀的淤泥用臨時用吸污泵抽出。

為了實現自動分片分區域清洗，采用PLC控制，分時段輪流開啟子陣電磁閥，再以組串電磁閥配合，對子陣內的各電池組串進行清洗，可根據水泵流量及噴淋水壓，用PLC控制組同時開啟組串電磁閥的個數，最終做到水量充足，水壓適宜。實現一個子陣內十幾個甚至幾十個組串同時清洗。當一個子陣清洗完，利用PLC對子陣電磁閥的控制切換到下一個子陣清洗，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個子陣，一天允許清洗時間按19小時計算，200MWp光伏電站3天之內就可以完成全部清洗任務。

3 結束語

由于大型并網光伏電站近兩年才開始興起，因此缺少組件自動清洗方面的設備和運行經驗，該系統需要在實際使用過程中不斷完善和改進，提高水清洗效率和清洗效果。

參考文獻：

[1]格爾木光伏電站運行規程2013.6.

[2]中國電力投資集團公司光伏電站運行規程2014.10.

[3]王長貴、王斯成，太陽能光伏發電實用技術.