此外,因為灰塵吸收太陽輻射可使光伏面板升溫,并且灰塵中含有一些腐蝕性的化學(xué)成分,這也使其光電轉(zhuǎn)換效率降低。
1、積塵對光伏發(fā)電效率的影響
灰塵是顆粒物質(zhì),其來源分為自然來源和人為來源。包括:土、沙和巖石在風(fēng)的作用下形成的細小顆粒和一些動植物的生物質(zhì);工業(yè)、建筑物和交通等產(chǎn)生的揚塵。
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運行過程中,會受到其所處環(huán)境灰塵的影響。光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率與太陽輻射強度有關(guān),灰塵積累在光伏面板表面,會使前蓋玻璃透光率下降,透光率的下降會導(dǎo)致電池的輸出性能下降,沉積濃度越大,透光率越低,面板吸收的輻射量越低,其輸出性能下降越大。
在其他條件不變的情況下,安裝面板時傾角越小,相同時間內(nèi)灰塵累積越多,面板吸收太陽輻射越小。對于單個面板,輸出功率的下降有限,但對于大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng),總輸出功率下降幅度很大,因此導(dǎo)致年功率的損失也很大。
獲取的結(jié)果表明,在少雨時期,由于面板表面的累積污垢,電池效率損失可達到15% 以上。面板表面污垢灰塵造成年平均發(fā)電效率可降低6%。一般來說,空氣中灰塵污垢包括:灰塵、雨水、污染物,它們的存在會導(dǎo)致電池輸出能量的減少。因為灰塵粒子對太陽光向前散射存在較大影響,導(dǎo)致這種集中式模塊的電流損失通常情況下比非集中式的要高很多。
在沙特阿拉伯對光伏面板積灰的除塵效果進行了研究,選擇固定傾角24.6°進行為期8個月的實驗,結(jié)果表明,每天清洗的面板比從未清洗的面板輸出功率增加了32%。
在印度Roorkee地區(qū)進行了45°角的積塵遮擋實驗,結(jié)果顯示,在灰塵遮蔽作用下光伏面板的平均透射率在10天后降低了8%。
以蚌埠2 MW光伏電站進行實驗,結(jié)果顯示,灰塵在光伏面板上20天使組件發(fā)電功率減少24%,平均每天降低1.2%。
在西安城區(qū)某分布式光伏電站中設(shè)計對比實驗,實驗表明在“降塵”天氣影響下,城區(qū)灰塵對光伏系統(tǒng)輸出功率降低影響很大,達到15%。
2、積塵對光伏面板的影響
■ 輻照度
覆蓋在光伏面板表面的灰塵阻擋了太陽輻射,導(dǎo)致照射到面板上的有效面積減少,玻璃的透射率降低,削弱了面板所接收的太陽輻射的強度,并且會引起太陽輻照不均勻,使發(fā)電量降低,減少了輸出功率?;覊m的沉積濃度越大,面板的透光率越低,其吸收的太陽輻射也越低。
■ 散熱
覆蓋在光伏面板上的灰塵使通過玻璃板的透射率減小,對太陽輻射起阻礙作用,另外對光伏面板的傳熱形式也產(chǎn)生影響。灰塵附在面板表面阻擋熱量向外傳遞,可能使面板自身熱量得不到釋放,令溫度越來越高,影響光伏發(fā)電的效率。
現(xiàn)有的光伏電站大多使用硅基太陽電池,對溫度感知十分靈敏,當面板表面積累一定厚度的灰塵時,將導(dǎo)致它的傳熱熱阻增大,對面板有保溫作用,使其散熱功能受到影響。實驗結(jié)果顯示,每當電池溫度上升1℃,其輸出功率約下降0.5%。
■ 腐蝕
灰塵的成分比較復(fù)雜,有的是酸性物質(zhì),有的是堿性物質(zhì),而晶硅光伏面板的主要成分為二氧化硅和石灰石等,如果灰塵碰到空氣中的水汽變濕潤,就可與面板的組成物質(zhì)產(chǎn)生酸性或堿性反應(yīng)。
一段時間后,光伏面板表面在酸性或堿性環(huán)境的侵蝕下逐漸發(fā)生腐蝕、損傷,使表面變得坑坑洼洼,導(dǎo)致光伏面板的光學(xué)性能衰減,太陽輻射在面板表面發(fā)生漫反射,破壞太陽輻射在光伏面板中傳播的均勻性。
此外,光伏面板的其他部位也會受到濕潤灰塵的腐蝕,比如結(jié)合處、支架等部分,其材料多是各類金屬,發(fā)生腐蝕后易導(dǎo)致破損、安全性減弱等問題,可能因強風(fēng)、地震等自然因素遭到破壞而減少光伏面板服役的壽命。
3、光伏組件的除塵方法
目前有些光伏發(fā)電系統(tǒng)還僅依賴于降雨、風(fēng)等自然作用對光伏面板的積灰進行清除。一些小型光伏電站采用人工清潔的方法,一般用拖把、橡膠刮條或柔軟的抹布進行清洗。
■ 該方法缺點是在清洗過程中不可避免地會對玻璃面板產(chǎn)生劃痕,磨傷玻璃表面,部分工作需兩人配合作業(yè),效率相對較低;優(yōu)點是不浪費水電資源,幾乎只有人工成本。
大中型光伏電站人工清潔難度較大,一般采用機械清潔的方式。高壓水槍清洗,水經(jīng)過加壓后形成水汽混合物,將光伏面板表面塵土沖洗干凈,清潔效果較好,因此被很多光伏電站廣泛采用;
■ 缺點是對水電需求較大,清潔過程中會形成大量污水,污染環(huán)境;投入成本主要是機器和人員工資。清洗車清洗,用水量較大,對面板幾乎沒有損傷,效率較高,但需空間寬闊平坦的地區(qū)使用,投入成本較高。
還有機械除塵技術(shù),利用機械化的刷子結(jié)合噴水沖洗光伏面板的自動除塵裝置等,靠機械力將粉塵掃走
■ 優(yōu)點是自動化強,節(jié)省人力。但有些機器清潔效果較差,成本較高