大型光伏電站灰塵積垢影響的研究課件

大型光伏電站受灰塵積垢影響的研究2013年06月15日大型光伏電站受灰塵積垢影響的研究1大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理三、國內(nèi)外清潔裝備與措施四、光伏電站清潔實(shí)證研究五、清潔維護(hù)的效益分析六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景2一、課題研究背景1.1光伏產(chǎn)業(yè)背景1.2國內(nèi)光伏電站主要分布1.3北部地區(qū)的沙塵氣候1.4灰塵影響現(xiàn)狀1.5小結(jié)一、課題研究背景1.1光伏產(chǎn)業(yè)背景31.1光伏產(chǎn)業(yè)背景光伏發(fā)電“十二五”規(guī)劃[1]

：到2015年國內(nèi)光伏裝機(jī)容量將達(dá)到35GWp。2000－2012年國內(nèi)光伏裝機(jī)總量及增長幅度[2]（單位：MWp）1.1光伏產(chǎn)業(yè)背景光伏發(fā)電“十二五”規(guī)劃[1]：到20141.2國內(nèi)光伏電站主要分布2012年國內(nèi)光伏電站主要地區(qū)分布[2,3]1.2國內(nèi)光伏電站主要分布2012年國內(nèi)光伏電站主要地區(qū)分51.3北部地區(qū)的沙塵氣候北方的春秋季節(jié)，沙塵天氣對光伏電站影響較大；如果不及時(shí)清潔會(huì)對之后的發(fā)電造成持續(xù)的負(fù)面影響；灰塵受降水或水汽的影響將會(huì)在板面形成嚴(yán)重的積垢。1.3北部地區(qū)的沙塵氣候北方的春秋季節(jié)，沙塵天氣對光伏電站61.4灰塵影響現(xiàn)狀灰塵影響嚴(yán)重：國內(nèi)大型地面光伏電站建設(shè)區(qū)域的自然環(huán)境惡劣、清潔維護(hù)方式落后，光伏系統(tǒng)實(shí)際輸出功率受到灰塵、積垢的影響較嚴(yán)重，西北主要光伏建設(shè)地區(qū)尤其突出。1.4灰塵影響現(xiàn)狀灰塵影響嚴(yán)重：國內(nèi)大型地面光伏電站建設(shè)區(qū)71.5小結(jié)各國的研究差異較大，國內(nèi)缺乏重視：國內(nèi)已經(jīng)建成的光伏電站受積塵、降雨等氣候因素影響方面的研究目前較少，尤其缺乏運(yùn)行營維護(hù)方面的研究；國內(nèi)外對于光伏系統(tǒng)的研究主要集中在設(shè)計(jì)階段：如建設(shè)地點(diǎn)的電網(wǎng)、太陽能資源、組件的朝向、傾角、遮蔽、溫度，主要電氣設(shè)備的工作模式、轉(zhuǎn)換效率等，以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)最大發(fā)電量并降低生產(chǎn)成本；灰塵、積垢對光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響已經(jīng)成了不爭的事實(shí)：正確認(rèn)識(shí)灰塵對光伏系統(tǒng)的影響，在光伏電站設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中就應(yīng)對除塵、除垢的運(yùn)維工作給予充分考慮；清潔是有效提高發(fā)電量的的重要手段：正在進(jìn)行的材料研究還沒有找到可以顯著提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法，并生產(chǎn)出可投入商業(yè)使用的光伏組件；運(yùn)營維護(hù)過程中采取合理的清潔方案，對光伏組件陣列進(jìn)行有效的清潔，是提高光伏電站發(fā)電量與降低生產(chǎn)成本的重要手段。1.5小結(jié)各國的研究差異較大，國內(nèi)缺乏重視：國內(nèi)已經(jīng)建成8大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理三、國內(nèi)外清潔裝備與措施四、光伏電站清潔實(shí)證研究五、清潔維護(hù)的效益分析六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景9二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理[4]2.1灰塵的來源2.2灰塵影響光伏發(fā)電的原理2.3陣列表面灰塵的主要形態(tài)2.4雨水沖刷陣列表面的消塵過程2.5影響灰塵積累的因素2.6國內(nèi)外之前的研究結(jié)論二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理[4]2.1灰塵的來源102.1灰塵的來源灰塵的自然來源主要是土壤、巖石、動(dòng)植物細(xì)屑，它們經(jīng)過風(fēng)化等自然作用后分裂成細(xì)小的微粒；人類的生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生大量灰塵，如工業(yè)加工、燃燒、建筑施工、交通運(yùn)輸?shù)鹊龋煌ǔ；覊m的形狀是不規(guī)則的，一般情況下粒狀灰塵直徑或灰塵垂直投影響面積的等效直徑小于500微米。顯微鏡下的灰塵2.1灰塵的來源灰塵的自然來源主要是土壤、巖石、動(dòng)植物細(xì)屑112.2灰塵影響光伏發(fā)電的原理A.遮擋狀況下光線傳播示意圖C.灰塵覆蓋下的組件紅外影像灰塵通過遮蔽到達(dá)光伏組件的光線，從而影響組件陣列的發(fā)電量；灰塵通過與光伏組件的導(dǎo)熱性差異，影響光伏組件表面散熱，從而影響光伏組件陣列的光電轉(zhuǎn)換效率；具有酸堿特性的灰塵沉積到光伏組件表面，經(jīng)過長時(shí)間的侵蝕之后板面會(huì)粗糙不平，這將有利于灰塵的積聚，增加對太陽光的漫反射，降低了透過率。B.侵蝕狀況下光伏傳播示意圖2.2灰塵影響光伏發(fā)電的原理A.遮擋狀況下光線傳播示意122.3陣列表面灰塵的主要形態(tài)未吸收水分與雨水拍濺：其形態(tài)平整、均勻、松散，并且與光伏組件表面粘著力較小，非常便于清除；吸收水分與雨水拍濺：其形態(tài)變成點(diǎn)狀、片狀、溝渠的條狀，具有較堅(jiān)固的外殼，并且粘附在光伏陣列表面較難清除，甚至在光伏組件表面形成極難清除的鹽堿磧。B.點(diǎn)片狀A(yù).松散形態(tài)C.溝渠條狀D.鹽堿磧2.3陣列表面灰塵的主要形態(tài)未吸收水分與雨水拍濺：其形態(tài)平132.4雨水沖刷陣列表面的消塵過程組件表面積塵量變化規(guī)律消塵的過程與降雨量與降雨速度有直接關(guān)系；極少量的降雨僅能將光伏組件表面的灰塵打濕，或者使積塵隨雨水移動(dòng)到光伏組件的相對較低的位置，并不能使灰塵完全脫離光伏組件；而灰塵中的鹽堿成分溶于水后會(huì)更緊密的附著在光伏組件的表面。2.4雨水沖刷陣列表面的消塵過程組件表面積塵量變化規(guī)律消塵142.5影響灰塵積累的因素光伏組件表面灰塵的積累受環(huán)境等多方面因素的影響。2.5影響灰塵積累的因素光伏組件表面灰塵的積累受環(huán)境等多方152.6國內(nèi)外之前的研究結(jié)論我國光伏系統(tǒng)輸出功率受灰塵影響約20%左右。注：圖中棒圖表示不同資料數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)來自參考文獻(xiàn)【5-12】；2.6國內(nèi)外之前的研究結(jié)論我國光伏系統(tǒng)輸出功率受灰塵影響約16大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理三、國內(nèi)外清潔裝備與措施四、光伏電站清潔實(shí)證研究五、清潔維護(hù)的效益分析六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景17三、國內(nèi)外清潔裝備與措施3.1跟蹤光伏系統(tǒng)的清潔3.2固定光伏陣列的清潔3.3光熱陣列系統(tǒng)的清潔3.4國內(nèi)光伏電站的清潔措施3.5國內(nèi)清潔方式的小結(jié)三、國內(nèi)外清潔裝備與措施3.1跟蹤光伏系統(tǒng)的清潔183.1跟蹤光伏系統(tǒng)的清潔跟蹤光伏系統(tǒng)的清潔裝備（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）3.1跟蹤光伏系統(tǒng)的清潔跟蹤光伏系統(tǒng)的清潔裝備（圖片來自網(wǎng)193.2固定光伏陣列的清潔各光伏電站建設(shè)區(qū)域環(huán)境差別較大，目前都已經(jīng)重視組件陣列維護(hù)工作，并償試采用新設(shè)備清潔；以工程車輛為載體改裝的清潔設(shè)備功率大、效率高，操作方式各異，難度差別較大。圖片來自網(wǎng)絡(luò)3.2固定光伏陣列的清潔各光伏電站建設(shè)區(qū)域環(huán)境差別較大，目203.3光熱陣列系統(tǒng)的清潔隨著光熱發(fā)電技術(shù)的成熟，在其推廣應(yīng)用的過程中，清潔運(yùn)維也將成為一項(xiàng)日常工作內(nèi)容。圖片來自網(wǎng)絡(luò)3.3光熱陣列系統(tǒng)的清潔隨著光熱發(fā)電技術(shù)的成熟，在其推廣應(yīng)213.4國內(nèi)光伏電站的清潔措施光伏電站工作人員多采用灑水車的高壓水槍清潔：直噴水除塵的清潔方式用水量較大，10MWp清潔一次用水約70立方米，用時(shí)三天；直噴水方式除塵效果良好，但無法除垢；由于污垢表面粗糙、附著力強(qiáng)，光伏組件陣列清潔保持差；在我國北方冬季寒冷，有4～5個(gè)月無法噴水作業(yè)。3.4國內(nèi)光伏電站的清潔措施光伏電站工作人員多采用灑水車的223.5國內(nèi)清潔方式的小結(jié)國內(nèi)目前主要采用人工、沖洗的方式，存在以下幾方面的問題：勞動(dòng)密集、用水量大、有人身安全隱患，冬季人員無法工作；清潔過程不易控制、清潔效果一致性差，容易產(chǎn)生熱斑；清潔維護(hù)效率低、周期長、無法克服清潔周期內(nèi)灰塵影響（70工日/10MWp）；費(fèi)用較大且不能形成固定資產(chǎn)，以形象清潔為目的工作比例大，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那鍧嵭枨蠹扒鍧崒?shí)施方案。3.5國內(nèi)清潔方式的小結(jié)國內(nèi)目前主要采用人工、沖洗的方式，23大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理三、國內(nèi)外清潔裝備與措施四、光伏電站清潔實(shí)證研究五、清潔維護(hù)的效益分析六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景24四、光伏電站清潔實(shí)證研究4.1實(shí)驗(yàn)室論證4.2課題使用的清潔裝備4.3工作過程展示4.4清潔前后效果對比4.5清潔后實(shí)證發(fā)電效率的提升4.6實(shí)驗(yàn)小結(jié)四、光伏電站清潔實(shí)證研究4.1實(shí)驗(yàn)室論證254.1實(shí)驗(yàn)室論證A.流體實(shí)驗(yàn)D.方案確立實(shí)驗(yàn)B.材料與參數(shù)試驗(yàn)C.機(jī)械結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)4.1實(shí)驗(yàn)室論證A.流體實(shí)驗(yàn)D.方案確立實(shí)驗(yàn)B.材料與參數(shù)264.2課題使用的清潔裝備B.控制單元與結(jié)構(gòu)安裝A.CAE有限元分析與三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)C.小型貨車運(yùn)輸狀態(tài)D.現(xiàn)場工作狀態(tài)模擬解決方案：采用CATIA-R17提供3D設(shè)計(jì)和模擬解決方案，支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。4.2課題使用的清潔裝備B.控制單元與結(jié)構(gòu)安裝A.CAE有274.3課題實(shí)驗(yàn)清潔工作過程清潔1MWp光伏陣列的灰塵與污垢需耗時(shí)3小時(shí)，用水量為3立方米；設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使得操作非常方便，操作復(fù)雜程度低于農(nóng)用收割機(jī)；可夜間進(jìn)行清潔工作，不影響白天正常發(fā)電；A.正面工作照B.背面工作照4.3課題實(shí)驗(yàn)清潔工作過程清潔1MWp光伏陣列的灰塵與污垢284.4清潔前后效果對比該光伏電站在實(shí)驗(yàn)之前15日已經(jīng)采用灑水車進(jìn)行過除塵，之后經(jīng)過兩次小雨與數(shù)次沙塵天氣，該次除塵除垢率均達(dá)95%以上。4.4清潔前后效果對比該光伏電站在實(shí)驗(yàn)之前15日已經(jīng)采用灑294.5清潔后實(shí)證發(fā)電效率的提升清潔后的光伏陣列日均發(fā)電量顯著提高8%以上，1MWp當(dāng)日發(fā)電量提高400KWh。18.4KWp光伏陣列輸出電流的清潔效果對比曲線4.5清潔后實(shí)證發(fā)電效率的提升清潔后的光伏陣列日均發(fā)電量顯304.6實(shí)驗(yàn)小結(jié)10MWp用30立方米的水除垢，相當(dāng)于在22Km

×3.5m的光伏陣列表面下了一場0.23mm的小雨；甘肅金塔5月份的實(shí)驗(yàn)表明，對累積15日未清潔的光伏陣列進(jìn)行清潔工作后發(fā)電量明顯提高，實(shí)驗(yàn)期間日均提高發(fā)電效率8%以上，清潔增加投入＜100元/MWp；在低輻照度條件下，灰塵對發(fā)電量的影響更加明顯，輻照度飽和時(shí)相對較??；經(jīng)過除垢的光伏組件陣列，清潔持久度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于僅除塵的光伏陣列。4.6實(shí)驗(yàn)小結(jié)10MWp用30立方米的水除垢，相當(dāng)于在2231大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理三、國內(nèi)外清潔裝備與措施四、光伏電站清潔實(shí)證研究五、清潔維護(hù)的效益分析六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景32五、清潔維護(hù)的效益分析經(jīng)濟(jì)效益：10MWp光伏電站年發(fā)電量約1600萬KWh，清潔后年均提高8%發(fā)電量則可以增加128萬KWh電能，按年300晴好天氣推算，日提高發(fā)電量4200KWh以上；2012年大型光伏電站建設(shè)容量4.19GWp，按每10MWp(或22公里清潔路程)為單位計(jì)算，需要400臺(tái)以上裝備才能滿足當(dāng)前的清潔需求。社會(huì)效益：本課題的系統(tǒng)研究成果為光伏電站的日常清潔維護(hù)提供了理論與實(shí)證支撐，實(shí)現(xiàn)了按需清潔并保障收益的目的，是光伏電站精細(xì)化運(yùn)營的重要工作內(nèi)容；本課題研究成果中的清潔裝備，填補(bǔ)了我國在光伏系統(tǒng)清潔維護(hù)、設(shè)備制造方面的空白，提高了光伏電站清潔維護(hù)效率及安全性，可以促進(jìn)光伏系統(tǒng)的健康發(fā)展。生態(tài)效益：按每千瓦時(shí)電能340克標(biāo)準(zhǔn)煤折算，有效清潔后的10MWp光伏電站，年可節(jié)約標(biāo)煤約435噸，每年可減少含碳粉塵295.9噸，二氧化碳：1084.8噸，二氧化硫：32.64噸，氮氧化物：16.32噸。五、清潔維護(hù)的效益分析經(jīng)濟(jì)效益：33大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景二、灰塵影響光伏發(fā)電的原理三、國內(nèi)外清潔裝備與措施四、光伏電站清潔實(shí)證研究五、清潔維護(hù)的效益分析六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考大型光伏電站受灰塵積垢

影響的研究一、課題研究背景34六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考

按設(shè)計(jì)規(guī)范與要求建設(shè)的重要性光伏陣列與地面應(yīng)保持有一定的安全距離，一般不宜小于30cm；在不進(jìn)行大規(guī)模地勢改造的基礎(chǔ)上，應(yīng)保證光伏陣列正常維護(hù)道路的平整需求。六、清潔維護(hù)與電站建設(shè)相關(guān)的思考

按設(shè)計(jì)規(guī)范與要求建設(shè)的重要35參考文獻(xiàn)【1】2015年中國太陽能光伏安裝容量將達(dá)到35GW；【2】十二五光伏裝機(jī)容量上不封頂；【3】時(shí)璟麗.光伏發(fā)電電價(jià)與分布式光伏發(fā)電發(fā)展[R].北京：國家發(fā)展改革委能源研究所，2013:11.【4】居發(fā)禮.積灰對光伏發(fā)電工程的影響研究[D].重慶：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院,2010：42-88.【5】Aguidetophotovoltaic(PV)systemdesignandinstallation,Californiaenergycommission,2001-06,500-01-020.【6】MontoMani,RohitPillai.Impactofdustonsolarphotovoltaic(PV)performanceResearchstatus,RenewableandSustainableEnergyReviews14(2010)3124–3131.【7】lateRajivGandhi.Dustcanreduceenergyoutput,electronicsforyou,2010-12