本文根據(jù)光伏工作原理建立光伏電池模型，結(jié)合ADELA.Hegazy的擬合曲線，建立光伏組件表面積灰對光伏組件輻照度影響模型，仿真分析在不同積灰濃度ω下光伏組件的輸出性能，并結(jié)合某研究院30kW光伏工程進(jìn)行實(shí)例研究，擬得到該光伏工程的清潔周期與清潔方法。
1太陽能光伏電池模型
光伏電池是利用某些材料受到光照時(shí)而產(chǎn)生的光伏效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化成電能的器件。光伏電池的等效電路如圖1所示。
圖1光伏電池等效電路
圖1中Iph為光生電流；Id為二極管結(jié)電流；Cj為結(jié)電容；Rsh為并聯(lián)電阻（阻值較大，數(shù)量級為103Ω）；Rs為串聯(lián)電阻（阻值較小，小于1Ω）。
根據(jù)電路原理和SHOCKLOY的擴(kuò)散理論可得光伏電池的I-V方程：
式中：I0為反向飽和電流（數(shù)量級為0.1A）；q為電子電荷（1.6×10-19C）；n為二極管因子（取值范圍1~5）；k為波爾茲曼常數(shù)（1.38×10-23J/K）；T為絕對溫度。
2光伏組件表面積灰對輸出性能影響仿真分析
根據(jù)ADELA.Hegazy等人得到的灰塵沉積和透光率降低的擬合公式：
式中：τ為積灰光伏組件的透光率；τclean為干凈光伏組件的透光率；erf(x)為高斯誤差函數(shù)。
圖2不同積灰濃度下光伏組件的P-V圖
由公式2可知，光伏陣列表面積灰越多，積灰光伏組件透光率越低，對光伏組件的輸出性能影響越大。設(shè)置積灰濃度從0逐步增加到4g/m2，仿真分析光伏組件的輸出性能如圖2所示。由圖2可知，隨著積灰濃度的增加，單體光伏組件最大功率點(diǎn)數(shù)值明顯下降，下降幅度分別為7.51%、13.27%、18.16%、22.24%。
3實(shí)際工程運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析
某研究院30kW光伏工程，光伏陣列安裝方位角為0°，傾角為27°。該30kW光伏工程自運(yùn)行以來未進(jìn)行人工清洗過，2013年某日晚在光伏停機(jī)的情況下對光伏陣列中某支路組件進(jìn)行了清洗。次日選擇未經(jīng)清潔的某支路與經(jīng)清潔的支路，對兩組組件的電壓、電流進(jìn)行了測量，未經(jīng)清潔的光伏組件與經(jīng)過清潔光伏組件運(yùn)行數(shù)據(jù)比較如圖3和圖4所示。
圖3清潔組件與未清潔組件電壓對比圖
圖4清潔組件與未清潔組件電流對比圖
由圖3與圖4可得到：
?。?）經(jīng)清潔后的光伏組件與未經(jīng)清潔的光伏組件之間電壓并無明顯性差別，兩組數(shù)據(jù)之間相差不大；清潔后的光伏組件電流值明顯高于未經(jīng)清潔的光伏組件電流值，由此可見，運(yùn)行效率有明顯的提高。
?。?）經(jīng)計(jì)算，清潔后光伏組件的效率提高1.57%，對于大容量光伏電站來說，大大提高了能源的利用率。
經(jīng)過人工清潔后，光伏組件運(yùn)行效率有明顯的提升。可見，光伏組件在實(shí)際并網(wǎng)發(fā)電過程中，為了盡可能提高光伏組件的發(fā)電效率，對光伏組件進(jìn)行定期清潔是非常有必要的。
4結(jié)論與建議
目前光伏系統(tǒng)在發(fā)電過程中仍然是以人工清潔為主。根據(jù)研究結(jié)果，結(jié)合當(dāng)?shù)亟涤昵闆r，確定該光伏工程一年中11月、12月和1月的清潔周期是每月一次，其余月份是每月兩次。結(jié)合該光伏工程的實(shí)際運(yùn)行與維護(hù)情況，光伏組件的清洗工作選擇在清晨、傍晚、夜間或者陰雨天進(jìn)行，防止人為陰影造成電量的損失。一般用清水即可，如組件表面有粘附著的硬物，則可以適當(dāng)使用刮板。運(yùn)行維護(hù)人員在清洗過程中應(yīng)注意，做到清除灰塵與異物即可，切忌損傷光伏組件，且在清洗過程中注意個(gè)人安全。
