在一些光伏電站運行過程中，運維人員忽視了光伏組件表面的積灰，使得透光率降低，結果光電轉換效率降低，這大大影響了光伏組件的輸出性能。因此，研究積灰對光伏組件輸出性能的影響與確定實際光伏組件清潔周期存在重大的意義。近年來國內外一些專家與學者對積灰影響光伏組件輸出性能進行了一系列的研究。

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本文根據(jù)光伏工作原理建立光伏電池模型，結合ADEL A. 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， 并結合某研究院30 kW 光伏工程進行實例研究， 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而產(chǎn)生的光伏效應，將太陽能轉化成電能的器件。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 為二極管結電流；Cj為結電容； 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1 Ω） 。

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根據(jù)電路原理和SHOCKLOY 的擴散理論可得光伏電池的I-V 方程：

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式中：I0 為反向飽和電流（數(shù)量級為0.1 A）；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)（1.38×10-23 J/K）；T 為絕對溫度。

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2 光伏組件表面積灰對輸出性能影響仿真分析

根據(jù)ADEL A. 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

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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數(shù)值明顯下降，下降幅度分別為7.51%、13.27%、18.16%、22.24%。

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3 實際工程運行統(tǒng)計分析

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光伏工程自運行以來未進行人工清洗過，2013 年某日晚在光伏停機的情況下對光伏陣列中某支路組件進行了清洗。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：

（1）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，運行效率有明顯的提高。

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（2）經(jīng)計算，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，光伏組件運行效率有明顯的提升?？梢姡夥M件在實際并網(wǎng)發(fā)電過程中，為了盡可能提高光伏組件的發(fā)電效率，對光伏組件進行定期清潔是非常有必要的。

4 結論與建議

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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)研究結果，結合當?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。結合該光伏工程的實際運行與維護情況， 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，則可以適當使用刮板。運行維護人員在清洗過程中應注意，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人安全。

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本文摘選自《電力學報》；原題目《光伏組件表面積灰影響探究》，作者：沈洲，袁曉冬，何禮光，楊偉