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摘要：光伏组件表面的灰尘，使其输出功率降低，为此需要对组件进行清洗以提高组件的转换效率。本文通过不同季节光伏组件清洗与发电量提升率的比较，发现组件清洗发电量提升率最高的季节并不是夏季，而是呈现春、秋季组件清洗的发电效率明显高于夏、冬季。这有利于光伏电站在组件清洗时调整清洗时间，使组件清洗带来的发电效率更优。

关键词：光伏组件 季节 清洗效率

Abstract The output power of photovoltaic module depends on its surface dust.The more dust，the lower the output power.Based on that，it is necessary to clean the module to improve the conversion efficiency.In this paper，it is documented that power generation rate during spring and autumn is higher than it under summer and winter，through comparing with solar module cleaning and power generation rate under different seasons.This definitely overturns the theory summer is the best choice to clean the module to improve the conversion efficiency.This would attribute to adjust appropriate cleaning period，resulting in optimizing power generation rate.

Keyword photovoltaic module season cleaning efficiency

0 引言

光伏电站多位于荒漠戈壁地区，光伏太阳辐射的辐照强度和组件温度是影响光伏电站光伏组件的输出功率变化主要环境因素。从理论上讲，在辐照强度不变的条件下，随组件温度的上升，电流略微增大，电压快速降低，输出功率也随之减小[1-3]；若保持温度不变，随辐照强度增加，电压几乎恒定不变，电流快速增大，输出功率明显增加[4]。

组件长时间暴露在风沙扬尘环境中，大气悬浮颗粒在沉降作用、静电作用下，飘落在光伏组件的表面，经过积累，在组件表面形成了积灰。光伏组件表面的积灰，对入射的太阳光进行散射，使组件吸收的太阳辐射减小，导致组件透光率及输出功率降低，且对组件电流的影响要比电压大[5-6]。为了减缓光伏组件表面覆灰所带来的不良影响，需对组件进行清洗以提高组件的转换效率。

但是不同季节，组件的环境温度和辐照度各不相同，如夏季太阳辐照强度和组件温度随均高于冬季，夏季组件输出电流大于冬季，但高温又使电压降低，组件清洗所带来的功率输出效率哪个季节更明显？同时，冬、春季是西北荒漠地区沙尘天气多发季节，组件表面的积灰量较其它季节增多，综合考虑西北荒漠地区光伏电站全年的太阳辐射强度、环境温度和沙尘天气的分布特性，不同季节光伏组件清洗引起输出功率的提升率会呈现怎样的变化趋势呢？遗憾的是，目前不同季节光伏组件效率的研究和报道很少，没有可供参考的实例。笔者通过走访和调查问卷等方式，收集到新疆哈密及青海格尔木地区光伏伏园区23个光伏电站2018年组件清洗及月份分布数据，这23个电站2018年共进行了82次组件清洗，各电站对组件的清洗次数存在差异，最少的1次，最多的5次。对这82次组件清洗时间按春、夏、秋、冬四季进行了统计，从82次组件清洗的季节分布来看，春季16次，夏季31次，秋季19次，冬季16次，大多数光伏电站在夏季进行组件清洗，春季、秋季和冬季清洗次数基本一致，也不具有参考价值。

为此，以1月、4月、7月、10月现场测试和记录的数据分别代表冬季、春季、夏季和秋季，在2013年投运的哈密SCZ电站，选取同一个子阵的两个相邻支路为研究对象，通过比较各季节组件清洗所带来的输出功提升率变化情况，使得组价清洗的效率最大化。

1 数据获取方法

在SCZ光伏电站选取5#子阵3号汇流箱中的第3支路和第9支路两个支路作为研究对象，以15天为一个数据获取周期。第3支路在15天的测试期间，每天早晨日出前进行人工清洗表面，保持组件表面干净，称为“实验组件”，第9支路测试期间第1天日出前将组件表面清洗干净，其余14天不再清洗，称为“对比组件”。从两支路的汇流箱内用钳形电流表测取电流数据、用万用表现场测取电压数据，辐照度、风速等从监控室的环境检测仪读取。根据各季节的日照情况，在9：00—21：00之间日出日落期间内，每小时取数一次。数据统计时以辐照度为参考，当辐照度为零时不再进行其它数据统计。

在数据分析过程中，组件的输出功率由测取的电流乘以电压计算得到，在计算实验组件与对比组件的电流、电压、输出功率的提高率时，均按（实验组件-对比组件）/对比组件×100%的方式计算，日均值为当日各小时有效数据的算术平均值，15天日均值的算术平均值代表当月数值，以月均值代表季节值，由此比较组件清洗在各季节电流、电压及输出功率提升率的不同。

2 结果分析

2.1 冬季（1月）数据

冬季是四季中日照时间短的季节，数据相对其它季节少。2019年1月1日—15日每天只收集到10：00—17：00的数据，每小时记录一次。辐照度日均最大值为681.38W/㎡、最小值为241.25W/㎡，15天平均值为485.74W/㎡。

从图1可看出，1月份组件清洗对电压的影响很小，组件清洗电压日均提升率最大值为0.51%，最小值为0.06%，15天平均值为0.17%。但电流的提升率明显比电压大，电流提升率日均最大值为1.94%，最小值为-0.11%，15天平均值为1.04%。电流提升率-0.11%出现在实验开始的第一天，因两组组件均经过清洗，工况相同，11：00实验组件的电流值为3.39A，对比组件为3.4A，13：00实验组件的电流值为5.48A，对比组件为5.5A，分别出现了电流提升率为-0.29%和-0.36%的情况，为保持数据的完整性，未将电流提升率为负的情况剔除。

1月份，实验组件比对比组件的功率，除了第一天为-0.05%，其余14天功率均有提高，在0.1%—2.08%之间波动，15天平均值为1.22%。

2.2 春季（4月）数据分析

4月份日照时间较1月增长，2019年4月16日—30日期间，每天收集到9：00—20：00的数据，每小时记录一次。辐照度日均最大值为981.08W/㎡、最小值为122W/㎡，15天平均值为660.37W/㎡。其中4月27日15：00，当地出现中雨天气，辐照度为36，电流为0，将这组的数据视为无效数据，在数据统计过程中没有统计。

通过实验与对比组件的比较，4月组件清洗对电流的影响仍比电压大，而且组件清洗电流提高的比例与1月相比有了明显的增大。4月份15日统计期间电流平均提升率为3.84%，在0.04%—3.84%之间波动，从测试开始到结束逐渐呈现增大的趋势；电压15日平均提升率为0.28%，变化范围为-0.11%—1.05%，提升率降低的情形只出现在第一天。

4月份，整体上实验组件与对比组件的功率均有提高，提升率在-0.07%—7.06%之间波动，-0.07%出现在实验开始第一天4月16日，平均值为4.11%，比1月平均值1.22%有较大幅度提升。

2.3 夏季（7月）数据分析

7月日照时间为测试期间最长的时段，在2019年7月11日—25日期间每天收集到9：00—21：00的数据，每小时记录一次。辐照度日均最大值为801.92W/㎡、最小值为517.23W/㎡，15天平均值为713.81W/㎡。

7月15天电流平均提升率为1.73%，在-0.04%—2.51%间变化，从测试开始基本没有差距到末期逐渐增大；电压提升率从-0.38%到0.55%变化，平均值为0.10%，数据统计期间未呈现出明显的变化趋势。通过对比7月份电流、电压的测试数据，发现电流、电压数值均出现了实验组件比对比组件低的情况，且与1月、4月表现不同的是，1月、4月为实验开始的最初第一天实验组件电流（电压）比对比组件低的情况，但7月份为第13天到第15天连续出现实验组件比对比组件电压数值低的情况，且降低幅度从-0.01%—-0.38%逐渐增大，7月电流电压变化率图如下所示：

清洗使组件功率每天均有提升，15天均值为1.82%，变化范围在-0.04%—2.93%之间，但幅度比4月明显降低。

2.4 秋季（10月）数据分析

10月17日—31日每天收集到9：00—20：00的数据，每小时记录一次，辐照度日均最大值为736.83W/㎡、最小值为427.08W/㎡，15天平均值为637.94W/㎡。

10月份组件清洗对电流的提高率仍然高于电压，实验组件的电流提高率为3.37%，变化范围在-0.12%—6.52%之间，-0.12%仍然出现在实验开始的第一天10月17日；电压提高率为0.31%，变化范围在0.04%—1.24%。组件清洗电流、电压提高率如下图：

3 结论

以每月样本数据的电流、电压及功率的平均值作为当月提升率，通过分析1月、4月、7月及10月的样本数据，通过组件清洗各月电流平均提升率为2.50%，变化范围在1.04%—3.84%之间波动；电压平均值为0.22%，在0.10%—0.31%之间变动。证明通过组件表面的灰尘清洗，组件的电流、电压均会提高，但对电流的提高程度远大于对电压，电流平均提高率为电压的11.6倍。

10月功率提升率在0.05%—6.75%之间波动，平均值为3.74%，但比7月的1.82%有所提高。

尽管通过组件清洗对电压提高微弱，但组件电流却有较大幅度的提高，导致组件输出功率会有较大幅度的提高，样本数据电流平均提高率为2.50%，电压提升率为0.22%，最终导平均输出功率提高了2.72%。

虽然组件清洗会使输出功率有不同程度的提高，但其提升率各月并不相同，以1月样本数据代表冬季、4月代表春季、7月代表夏季、10月代表秋季，组件清洗所带来的发电量提升率表现出较为明显的季节差异，按照春季4.08%—秋季3.72%—夏季1.82%—冬季1.22%的次序呈现出依次递减的趋势。

在后期运维过程中，在光伏电站年度组件清洗总次数保持不变的前提下，应调整组件清洗时段，增加春季、秋季组件清洗的次数，相对减少夏季、冬季的清洗次数，以提升光伏电站组件清洗的发电效率。

4 不足与展望

本文选用了哈密地区一个电站的数据为算例进行了分析，为了使结论更加可靠，需增加不同区域电站的数量，进一步总结不同季节组件清洗与发电量提高率之间的关系，将成果逐步推广和指导今后电站组件清洗，提高光伏电站的运行管理水平。

参考文献：

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