組件智能無水清掃機器人的應用及數據分析

郭慶　鄭志華　許琴

前言：光伏電站在正常運維下，因為清洗不及時或清洗間隔太長等原因，組件表面污染會造成的約為2%～5%的發電量損失。光伏電站在投入運行后，組件清洗成為了主要的運維工作之一，在灰塵較大的地區，為減少灰塵遮擋的發電量損失，光伏電站需要頻繁的清洗，從而大幅度提高了光伏電站的運維成本。

關鍵詞：組件清洗;智能清掃機器人;應用分析

采用智能無水清掃機器人能有效解決光伏電站頻繁清洗的問題，同時能有一定的發電量提升，但目前智能清掃機器人產品還不夠成熟，在光伏電站實際大規模安裝也很少，設備性能無法確定。為了測試光伏組件清掃機器人的運行性能、清潔效果以及電站發電量的提升效果，我公司設備生產廠家到南疆某光伏電站進行安裝、測試，參與本次測試的廠家共有4家。

一、光伏電站常用清洗方式及其優缺點分析

光伏電站常用的清洗方式有人工清洗、高壓水槍清洗、車載輥刷專用清洗設備、噴淋系統清洗、智能清掃機器人清洗等。

傳統的清洗方式存在清洗效率低、耗水量大、清潔效果差、不易管理等問題，表1.1為傳統水清洗方式及智能清掃機器人設備清掃方式優缺點分析表。

從表1.1可以看出，固定式光伏電站選用智能清掃機器人進行清掃具有諸多優點。下面通過試驗驗證對比清掃機器人的各優點。

二、智能組件清掃機器人的應用及數據分析

清掃機器人安裝在光伏電站3#區，采集逆變器側的發電量數據，并與15#區發電量作對比。3#區和15#區采用多晶硅250Wp組件，支架采用固定式支架，傾角為35°，每個支架安裝40塊組件，容量均為1100kWp，3#區清掃機器人清掃區域方陣容量為310kWp。

（1）發電量數據采集及處理方法

a.采集3#區機器人清掃區域310kWp方陣的發電量數據;

b.采集15#區發電量數據，并將發電量數據折算至310kWp方陣;

c.對3#和15#區兩組數據對比分析，確定發電量的提升效果。

（2）清洗前后發電量數據對比

分別采集組件清掃機器人安裝前一周（10月1日至10月7日）和安裝后一周（11月1日至11月7日）時間3#區和15#區的每日發電量數據，排除對發電量的干擾因素，將發電量數據折算至310kWp方陣，對比分析清掃機器人安裝前、后3#區和15#區每日發電量變化。

表2.1是未安裝組件清掃機器人前3#區和15#區在一周內每日發電量數據，圖2.2為發電量數據對比柱狀圖，從發電量數據分析和柱狀圖對比可以得出，在清掃機器人安裝前， 3#區一周內總的發電量比15#區低0.466%，兩個區發電量幾乎相等。（注：清掃機器人安裝在3#區）

表2.2安裝組件清掃機器人后3#區和15#區在第一周內的每日發電量數據，在3#區安裝清掃機器人后第一周內，3#區一周內總的發電量比15#區高18.1%，3#區發電量增加十分明顯。

從上面的分析可以得出，光伏電站在不清洗或少清洗情況下，安裝組件清掃機器人對發電量提升十分明顯。

（3）清掃機器人清洗與高壓水槍清洗方式發電量數據對比

分別采集光伏電站全站水清洗后第1周（11月15日至11月21日）、第3周（12月1日至12月7日）、第5周（12月15日至12月21日）、第7周（1月1日至1月7日）四個時間段內3#區和15#區的每日發電量數據，排除對發電量的干擾因素，將發電量數據折算至310kWp方陣，對比分析光伏電站水清洗后3#區和15#區每日發電量變化，確定光伏電站水清洗后隨著時間推移，清掃機器人清掃方式與水清洗方式發電量的變化。（注：3#區采用清掃機器人每日定時清掃，15#區在11月14日進行一次高壓水槍清洗）

表2.3為15#區進行高壓水槍清洗后第1周內3#區和15#區的每日發電量數據， 15#區經過高壓水槍清洗后第1周內，兩個區每日發電量相差很小，一周內3#區的發電量比15#區高0.34%，說明清掃機器人的清掃效果方面與剛剛進行高壓水槍清洗的效果一致。

表2.4為15#區進行高壓水槍清洗后第3周內3#區和15#區的每日發電量數據，在15#區經過高壓水槍清洗后第3周內，兩個區每日發電量相差很小，一周內3#區的發電量比15#區高0.12%，說明在灰塵較少的冬季，光伏方陣經高壓水槍清洗后前3周內發電量與清掃機器人清掃的方陣相差不大。

表2.5為15#區進行高壓水槍清洗后第7周內3#區和15#區的每日發電量數據，在15#區經過高壓水槍清洗后第7周內，3#區沒日發電量均比15#高，并且偏差明顯，一周內3#區的發電量比15#區高5.87%，說明第7周開始，高壓水槍清洗的方陣組件表面累計的灰塵開始影響方陣發電量。

根據以上的數據對比分析及現場試驗可以得出：（1）清掃機器人的清掃效果與方陣剛進行高壓水槍清洗的效果一致。（2）組件表面少量的灰塵對發電量的影響很小，幾乎可以忽略;（3）測試光伏電站廠址所在地冬季灰塵較少，而夜晚組件表面的霜結成冰，白天融化后對組件表面起到清洗效果，因此在冬季電站經高壓水槍清洗后在將近一個半月內，灰塵對發電量的影響很小，冬季該電站每一個半月清洗一次就可以;（4）光伏電站經高壓水槍清洗后，隨著時間的推移，組件表面灰塵累計，對發電量的影響仍然很大。

三、結論

根據本次測試情況及數據分析結果，得出以下結論：

（1）荒漠化光伏電站安裝清掃機器人非常有必要，在灰塵較多的季節，與不清洗方式相比，能提升發電量15%～20%;

（2）清掃機器人清掃和高壓水槍清掃后初期發電量基本相同，但隨著時間推移，采用清掃機器人后發電量有一定的提升。

（2）從經濟成本考慮，30MWp光伏電站在年均清洗次數大于7次或每2MWp方陣配置清掃機器人數量小于25臺時，應安裝清掃機器人;在發電量有明顯提升情況下，發電量提升帶來的收益遠大于安裝清掃機器人的成本，應安裝清掃機器人。

（3）新建光伏電站需要安裝清掃機器人時，建議單排方陣清掃長度以300米～700米為宜。在設計應考慮清掃機器人停車架、返回架的安裝空間;施工時應嚴格控制相鄰支架的高差。

（4）組件清掃機器人的清掃頻率、定時清掃時間需根據電站環境情況、季節變化做出相應調整。