后运维时代:光伏组件清洗机器人的应用和探讨

 后运维时代:光伏组件清洗机器人的应用和探讨

1、灰尘对光伏发电的影响

光伏组件一般都安装在户外进行发电,由于户外的环境并不是理想状态,空气中的污染物、灰尘等容易落到组件的玻璃面,积灰达到一定程度后,对组件的功率及性能等都有一定的影响。灰尘不仅减少了到达玻璃内部的有效辐射,也影响组件的散热,如果污垢特别严重,还会带来热斑效应。对于一些化工厂附近的光伏发电场,带有酸碱特性的灰尘还会腐蚀玻璃。

    组件表面的积灰程度和其组件的布置方式、身处的环境及当地的降雨量有一定关系。对于地面电站,组件的设计角度一般较大,当有降雨时,灰尘就很容易被清洁。而对于分布式电站,特别是彩钢瓦屋面,组件大部分都是顺着屋面布置的,而屋面的坡角一般不大于5度,因此即使有降雨,也很难将组件表面的灰尘彻底清理;其实,不管是分布式还是地面电站,在少雨时期,由于面板表面的累积污垢,效率损失都是比较大的,据相关数据表面,该损失可达到15%以上,面板表面污垢灰尘造成年平均发电效率可降低6%。

    假设江苏某10MW分布式项目,当地的峰值日照小时数为1306h,系统效率75%,上网电量9795MWh,灰尘损失的电量为6%,一年损失电量就达到了783.6MWh,如果含国家补贴和结算电价,度电收益为1元/度,那么一年的损失就是78.36万元,所以灰尘损失对于业主来说,应当予以重视。

2、常规的清洗方式

目前,光伏组件的清洗方式根据电站类型的不同,也有很多。例如荒漠大型地面电站,一般可使用半自动化清洗车进行清洗,如图1所示。该清洗方式只适用于地面较为平坦、且地面坡度需在可承受范围以内,方阵的间距足够大、清洗车子可通行的电站。坡度较大的,或山地电站就不能使用。

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图1

对于分布式电站,由于其规模较小,目前一般是采用人工清洗方式,如图2所示。因为屋顶分布式电站有其特殊性,人工清洗还存在一定的风险,例如密集的方阵清洗就比较困难,人员需要踩踏边框,这样易对组件产生隐裂;另外一年多次清洗,需要经常踩踏彩钢瓦屋面,也存在漏水风险,容易造成屋顶业主和光伏发电投资人之间的矛盾。

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图2

3、智能清洗方式

随着国家和相关企业对智能制造领域的不断投入,结合光伏电站的各种运维痛点,无人机巡检、组件清洗机器人等智能设备得到开发,并成果应用到光伏的运维领域。智能机器人的优势是无水清洁,智能控制,无人值守,运行参数自由设置,充电方便等特点。对于国内的产品,基本上无需人工干预就可以完成组件的清洁,对于规模化的电站,机器人更是可以节省大量的劳动力。当然国外的组件清洗机器人部分还是半自动化。

(国外的组件清洗机器人清洗视频观赏)

    清洗机器人一般使用尼龙毛刷,对组件表面的灰尘进行无水清洁。那么就要问了,无水方式下,能清洗干净吗?

为此坎德拉学院微信群对此展开了热烈的讨论,

Sirius认为:“无水清洁方式不能绝对的说就比有水的差。水清洗模式下,灰尘中存在的水溶性物质会导致产生更难去除的物质层。另外,水清洗模式下,高硬度的固体微小颗粒对光伏玻璃的表面划伤效果会增强。最终会导致玻璃散射加剧,有效光通量降低。灰尘的清除,不能仅仅停留在从光伏玻璃表面驱除的阶段。驱除后的灰尘不俘获和固定的话,会发生二次覆盖。简单说就是这里干净了,那边更脏了;毛刷的问题在于材料很难选择,聚合物材料的毛,两个夏天下来,基本掉的掉,断的短,秃了。”

Kin:“因长期累计的污垢很难除 ,特别是组件边框下沿的污垢”。

Sirius:“组件下边框部分的污垢属于重力和物理吸附的灰尘,不是化学吸附的;组件下边沿或者有机污染物导致的污点,随着时间延长会生长蔓延;比如鸟粪、昆虫攀爬的遗迹,都是很好的灰尘附着和蔓延生长点,如图3-图5”。

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图3

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图4

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图5

 图6显示的光伏板上的碱性难驱除颗粒,成份是水泥,组件离公路边100米左右,附近总有水泥罐车经过。

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图6

Kin认为:

“组件清洗机器人可以清洁组件表面的积灰,进而提升发电量已成为大家的共识;在实际的应用过程中,还需要考虑的一些因素,例如:

1)电站类型的复杂多样,特别是分布式电站的组件布置方式在一定程度上制约了机器人的安装方式,例如清洗跨度、清洗距离,如果实际场景较复杂,机器人设备还需要定制;彩钢瓦屋面有一定的年限,在后期屋面更新时,机器人设备也需考虑二次拆装问题

2)对于地面电站,左右方阵存在高低落差是难免的,如果落差较大,距离较小,那么对于机器人的跨越功能要求非常高。不少机器人设备无法满足实际的苛刻要求。

3)设备的远程控制,这是规模化应用必然遇到的问题,如何有效的对百台、甚至千台数量级的机器人设备进行远程控制,并通过设备自身的运行状态传达到后台,便于运维人员第一时间对故障进行定位,是非常重要的。因为机器人出现故障,是不能停在光伏面板上,否则会对组串的发电带来影响。

4)设备长期运行的可靠性问题,正常机器人的关键元器件为控制电机、毛刷和蓄电池等。在正常的运行寿命周期内,各个元器件能否得到保障,也决定了设备的投入和回报是否可以达到预期。

综合目前的应用现状,组件智能清洗机器人在光伏领域的应用和规模化发展仍然任道而重远, 曾在2018年上半年,工业和信息化部、住房和城乡建设部、交通运输部、农业农村部、、国家能源局和国务院扶贫办六部门联合印发《智能光伏产业发展行动计划(2018-2020年)》的通知,明确了大力支持光伏电站系统只能清洗机器人等产品的开发,提升光伏运维效率,在今后的智能光伏时代,谁将会成为未来清洗机器人的引领者?我们拭目以待!”。

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原文始发于微信公众号(坎德拉学院):后运维时代:光伏组件清洗机器人的应用和探讨

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