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清洗组件对光伏发电量影响有多大?

在一些光伏电站运行过程中,运维人员忽视了光伏组件表面的积灰,使得透光率降低,结果光电转换效率降低,这大大影响了光伏组件的输出性能。因此,研究积灰对光伏组件输出性能的影响与确定实际光伏组件清洁周期存在重大的意义。近年来国内外一些专家与学者对积灰影响光伏组件输出性能进行了一系列的研究。

本文根据光伏工作原理建立光伏电池模型,结合ADEL A. Hegazy的拟合曲线, 建立光伏组件表面积灰对光伏组件辐照度影响模型,仿真分析在不同积灰浓度ω 下光伏组件的输出性能, 并结合某研究院30 kW 光伏工程进行实例研究, 拟得到该光伏工程的清洁周期与清洁方法。

1 太阳能光伏电池模型

光伏电池是利用某些材料受到光照时而产生的光伏效应,将太阳能转化成电能的器件。光伏电池的等效电路如图1所示。

清洗组件对光伏发电量影响有多大?
图1 光伏电池等效电路

图1 中Iph 为光生电流; Id 为二极管结电流;Cj为结电容; Rsh 为并联电阻( 阻值较大, 数量级为103Ω);Rs为串联电阻(阻值较小,小于1 Ω) 。

根据电路原理和SHOCKLOY 的扩散理论可得光伏电池的I-V 方程:

清洗组件对光伏发电量影响有多大?
式中:I0 为反向饱和电流(数量级为0.1 A);q为电子电荷(1.6×10-19C) ; n 为二极管因子(取值范围1~5); k 为波尔兹曼常数(1.38×10-23 J/K);T 为绝对温度。

2 光伏组件表面积灰对输出性能影响仿真分析

根据ADEL A. Hegazy 等人得到的灰尘沉积和透光率降低的拟合公式:

清洗组件对光伏发电量影响有多大?
式中: τ为积灰光伏组件的透光率; τclean为干净光伏组件的透光率; erf(x)为高斯误差函数。

清洗组件对光伏发电量影响有多大?
图2 不同积灰浓度下光伏组件的P-V 图

由公式2可知,光伏阵列表面积灰越多,积灰光伏组件透光率越低,对光伏组件的输出性能影响越大。设置积灰浓度从0逐步增加到4g/m2,仿真分析光伏组件的输出性能如图2所示。由图2可知,随着积灰浓度的增加,单体光伏组件最大功率点数值明显下降,下降幅度分别为7.51%、13.27%、18.16%、22.24%。

3 实际工程运行统计分析

某研究院30kW光伏工程, 光伏阵列安装方位角为0°,倾角为27°。该30kW光伏工程自运行以来未进行人工清洗过,2013 年某日晚在光伏停机的情况下对光伏阵列中某支路组件进行了清洗。次日选择未经清洁的某支路与经清洁的支路,对两组组件的电压、电流进行了测量,未经清洁的光伏组件与经过清洁光伏组件运行数据比较如图3和图4 所示。

清洗组件对光伏发电量影响有多大?
图3 清洁组件与未清洁组件电压对比图

清洗组件对光伏发电量影响有多大?
图4 清洁组件与未清洁组件电流对比图

由图3与图4可得到:

(1)经清洁后的光伏组件与未经清洁的光伏组件之间电压并无明显性差别, 两组数据之间相差不大;清洁后的光伏组件电流值明显高于未经清洁的光伏组件电流值, 由此可见,运行效率有明显的提高。

(2)经计算,清洁后光伏组件的效率提高1.57%,对于大容量光伏电站来说, 大大提高了能源的利用率。

经过人工清洁后,光伏组件运行效率有明显的提升。可见,光伏组件在实际并网发电过程中,为了尽可能提高光伏组件的发电效率,对光伏组件进行定期清洁是非常有必要的。

4 结论与建议

目前光伏系统在发电过程中仍然是以人工清洁为主。根据研究结果,结合当地降雨情况, 确定该光伏工程一年中11 月、12 月和1 月的清洁周期是每月一次,其余月份是每月两次。结合该光伏工程的实际运行与维护情况, 光伏组件的清洗工作选择在清晨、傍晚、夜间或者阴雨天进行,防止人为阴影造成电量的损失。一般用清水即可,如组件表面有粘附着的硬物,则可以适当使用刮板。运行维护人员在清洗过程中应注意,做到清除灰尘与异物即可,切忌损伤光伏组件, 且在清洗过程中注意个人安全。

本文摘选自《电力学报》;原题目《光伏组件表面积灰影响探究》,作者:沈洲,袁晓冬,何礼光,杨伟

电力学报 沈洲,袁晓冬,何礼光,杨伟

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