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积灰对光伏发电的影响及除尘效果实验研究

时间:2020年12月09日 分类:电子论文 次数:

摘要:通过对兰州地区的灰尘沉降情况及积灰影响光伏组件发电效率进行实验研究,结果表明,在秋季无降雨情况下,当积灰密度达到2.068g/m2时,输出电流下降约22.6%,平均每天下降1.51%。同时以某地38kW分布式光伏电站为背景,分析水射流清洗方式的清灰效益及除

  摘要:通过对兰州地区的灰尘沉降情况及积灰影响光伏组件发电效率进行实验研究,结果表明,在秋季无降雨情况下,当积灰密度达到2.068g/m2时,输出电流下降约22.6%,平均每天下降1.51%。同时以某地38kW分布式光伏电站为背景,分析水射流清洗方式的清灰效益及除尘率,发现清洗后除尘率可达86.3%,平均每天可多发电6.25kWh。并对课题组自行研制的光伏电站干式清灰设备清灰效果进行验证,发现该设备除尘率最高可达95.3%,可满足中国西北地区大型光伏电站的清灰作业要求。

  关键词:灰尘;光伏组件;透光率;发电效率;除尘率

光伏发电

  0引言

  当前人们对化石燃料的需求越来越大,随之而来的是能源短缺,各国都在寻求新能源替代传统的化石能源。太阳能资源作为一种清洁能源成为人们研究的热点,目前对于太阳能发电主要有光伏发电和光热发电2种方式,其中并网式光伏发电已成为太阳能资源利用的主要形式之一。据统计,截至2020年6月底,全国光伏发电装机容量达到21582万kW,其中,光伏电站14875万kW,分布式光伏6707万kW。上半年光伏发电量1278亿kWh,同比增长20%[1]。由于生产生活等原因造成的灰尘累积,直接影响光伏发电的效率,已成为行业研究的热点问题。国内外一些专家学者对灰尘对光伏组件发电效率的影响进行了大量研究。

  新能源论文范例:光伏发电工程现场物资移交管理探讨

  如文献[2]对放置在户外的玻璃进行透光率测试,发现灰尘主要降低波长为450~880nm之间光线的透过率,测试期间透过率降低1.3%~4.0%,计算发现月发电量损失高达2.61kWh/kW;文献[3]对蚌埠2MW光伏电站研究发现,20d的表面积尘使光伏组件串的发电功率减少24%,平均每天降低1.2%;文献[4]研究发现,在相同环境下,清洁光伏组件输出功率比积灰光伏组件高出至少15%,随着积灰量增大,光伏组件输出功率相应下降;文献[5]提出一个综合物理模型来预测灰尘沉积对光伏组件透光率的影响。

  结果表明,随着颗粒浓度和颗粒尺寸的增大,沉积的影响显著增大,但随颗粒透明度的变化而减小;文献[6]研究了灰尘沉积和透光率减低的拟合公式。文献[7-8]针对不同类型的灰尘对光伏发电效率的影响进行研究,结果表明,对光伏发电影响最大的是红壤,石灰石次之,灰烬对其的影响则相对较小。对于积灰影响光伏组件发电效率,国内外学者已进行了大量研究。但对于不同清灰方式清灰效果的研究较少。本文根据兰州地区环境和光伏电站的具体情况,针对光伏组件面板灰尘累积对发电量的影响及光伏组件不同清灰方式清灰效益进行实验分析,实验结果对兰州地区光伏电站的运行维护具有重要意义。

  1实验方案

  要研究积灰密度对光伏组件发电效率的影响,首先需要测出(户外)自然积灰条件下光伏组件的积灰量;由于光伏组件表面积灰会使光伏组件透光率降低,故需测量光伏组件盖板玻璃的透光率;其次,要研究积灰对光伏组件效率的影响,因此需要测量离网光伏组件的工作电流;最后,由于电站所处地理位置的不同,空气中的灰尘成分及含量也不同,对透光率的影响也不尽相同,故需要对实验数据进行分析处理,使其具有普遍意义。

  1.1积灰对光伏组件发电效率影响实

  验实验时间为2018年8月23日~10月11日,采用英利(YingLiSolar)能源有限公司型号为YL260P-29b的光伏组件,安装角度为37°,实验中将超白绒面钢化玻璃分2组,每组3块,1#~3#在雨天进行遮挡,4#~6#保持自然污染放置在光伏组件上,以保证其倾斜角及自然条件与实验光伏组件相同,每天对其质量进行测量并计算积灰密度。同时测量光伏组件玻璃表面照度Eai,清洁光伏组件玻璃背面照度Ebi,积灰光伏组件玻璃背面照度Eci。

  1.2光伏电站清灰效益实验研究

  以甘肃省武威市某38kW分布式光伏电站为例,该电站采用固定倾角(37°)安装、集中并网方案设计,2台逆变器将系统分为2个独立的分系统,经1台0.4kV/10kV变压器升压,并入交流电网。实验时间为2018年10月1~31日,为期1个月。在实验期间分别测量2台逆变器的总发电量。

  2实验结果及分析讨论

  2.1光伏组件积灰密度变化分析

  实验中为了方便测量同时使数据更准确,选用规格为175mm×140mm×3.2mm的超白绒面钢化玻璃进行自然条件下的积灰实验,积灰质量由电子分析天平测量,积灰密度为积灰质量与积灰面积之比。

  2.2光伏组件透光率变化分析

  研究期间,第1组中1#试样透光率由93.2%下降为73.5%,平均每天下降1.31%;2#试样透光率由93.7%下降为73.5%,平均每天下降1.34%;3#试样透光率由92.8%下降为72.7%,平均每天下降1.34%。分析整理得,透光率平均每天下降1.33%。第2组中透光率的变化趋势和积灰密度的变化趋势基本相同。

  2.3光伏组件输出电流变化分析

  光伏组件表面的积灰会使到达光伏电池组件的光强度减弱,光电效应减弱,因此输出电流也减小。随着积灰密度的增大,光伏组件的输出电流减小,输出功率也会随之减小。在秋季无降雨情况下积灰15d,平均积灰密度可达2.068g/m2。此时,输出电流下降约22.6%,平均每天下降1.51%。光伏组件在实际工作中,输出电流是时刻变化的。为使分析结果更具有普遍性。提取这15d中输出电流数值,对输出电流值与积灰天数进行函数拟合。

  3结论

  本文通过开展积灰对光伏组件表面钢化玻璃透光率、组件输出电流以及光伏组件清灰效果的实验研究,发现积灰密度直接影响光伏组件发电量,并得到以下结论:

  1)在太阳辐射量相同时,随着户外暴露的时间增加,光伏组件表面积灰密度逐渐增大,透光率逐渐降低。无降雨情况下,积灰密度平均每天增加0.1380g/m2,透光率平均每天减少1.34%;由于雨水的冲刷会使光伏组件积灰密度降低但不会为0,同时发现降雨后1~2d,由于空气湿度较大,二次扬尘减少会使光伏组件积灰密度增加变缓。透光率变化趋势基本相同。

  2)随着积灰密度的增大,光电效应减弱,组件的输出电流减小,输出功率也会随之减小。当积灰密度达到2.068g/m2时,输出电流下降约22.6%,平均每天下降1.51%。

  3)对于光伏电站管理者来说,为光伏组件选择一种合理的清洗方式,对于电站的运行维护具有重大意义。以某地38kW电站为例,根据测算,采用水射流清洗方式,除尘率可达86.3%,组件清洗后该电站平均每天可多发电6.25kWh。

  4)采用课题组自行研制的光伏电站干式除尘设备对实验光伏阵列进行清灰作业,发现当移动平台速度恒定时,随着刷体组件转速增大,除尘率显著提高,清灰作业质量随之提高,除尘率最高可达到95.3%。同水射流清灰方式相比,除尘效果更好,更适合我国西北地区大型光伏电站的清灰作业。

  作者:宁会峰,程荣展,王伟志,鄢志彬

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