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第一部分：運維與質量篇

正如所有的產品一樣，光伏電站在長達25年的壽命周期中，組件效率、電器元件性能會逐步降低，發電量隨之逐年遞減，除去這些自然老化的因素之外，還有組件、逆變器質量問題，線路布局、灰塵、串并聯損失、線纜損失等多種因素。

在一份較為常見的光伏電站財務模型中，系統發電量三年遞減約5%，20年后發電量遞減到80%。投資電站，如同保險、理財業務一般，需要是個精算行業，但一份鑒衡出具的報告顯示：“通過對425個電站的測試，發現光伏組件主要存在熱斑、隱裂和功率衰減等質量問題，像功率衰減，我們去年現場測試的11個大型地面電站運行一年期左右的組件中，在考慮了設備不確定度后發現，51%的組件衰減在5%-10%之間，其中約30%的組件功率衰減超過10%，8%的衰減超過20%。”北京鑒衡認證中心主任秦海巖表示，“我們曾對甘肅某10MW項目做過抽檢，219塊抽檢組件，功率明顯衰減的組件有127塊，占抽樣比例的58%。”這意味著廠商普遍承諾的25年衰減20%的質保在運行第一年就衰減嚴重或者已達到承諾底線。

出來“混”，遲早是要還的。之前中國的光伏市場混亂不堪，業主方一方面壓低組件價格，另一方面也壓著貨款，組件廠商把劣質的組件留給國人，造成現在兩難局面，到底是誰糊弄了誰？

據《光能》調查，2012-2013年間大量的B級甚至C級電池流入市場，組件的問題主要來自電池隱裂和劣質背板以及密封性能不達標的硅膠等幾個方面。 這樣的質量，什么樣的精算能夠算出來？我們還認為是銀行和私募膽小怕事？

誠然，并不是所有電站都是如此，鑒衡所說的10MW項目只是特例，而且從目前地面光伏電站的規模越來越大的趨勢來看，10MW如果不是幾年前的電站就是小企業的投資行為。筆者也相信未來的電站質量隨著業主方對質量和整體發電量的關注，電站質量會回歸正軌。如果說組件質量問題是短期集中爆發的行為，相比之下，電站的監控、運維反而更是需要科學和持續的管理體系，才能保證電站在正常衰減外的平穩運行。

灰塵遮擋：機器人、清洗車和農婦之間的三國殺

在影響光伏電站整體發電能力的各種因素中，灰塵是第一大殺手，也是最容易通過運維解決的。

我們先來看一組水科院的數據：

2013年排名前五省份的太陽能發電并網統計 單位（MW）

可以看出，我國的地面光伏電站主要集中在西北地區，這些地區太陽能資源十分豐富，都屬于太陽能輻照一類地區，全年日照時數3200小時以上。但自然環境惡劣，春秋季節沙塵暴天氣嚴重影響光伏系統發電，夏季暴曬、冬季極寒不利于人工野外運維工作，并且光伏電站建設區域遠離城市與鄉村，光伏現場除主要技術人員與值班責任人外，勞動工人匱乏，工人職業素養偏低難以保障光伏電站運維需求。

灰塵對組件的影響有多大？每個國家均不相同。日本一家研究機構的數據顯示：德國、日本環境較好地區，灰塵影響5%以下，而中、美、印三國尤其是中國大規模安裝光伏電站地區灰塵對組件的影響會超過25%。在實際測量中，個別缺乏維護手段的電站，電站發電量損失竟然超過40%。

灰塵對光伏電站的影響主要有：通過遮蔽達到組件的光線，從而影響發電量；影響散熱，從而影響轉換效率；具備酸堿特性的灰塵沉積在組件表面，長時間侵蝕后板面粗糙不平，有利灰塵進一步積聚，同時增加了陽光漫反射。

組件表面灰塵主要有四種形態：松散型、點片形、溝渠條狀和鹽堿漬。未吸收水分與雨水的，形態平整、松散，粘著力小，便于清除；吸收水分后，有可能形成較堅硬外殼，較難清除甚至形成鹽堿漬。

灰塵對光伏電站的在一天的各個時段也有所不同，下圖是甘肅酒泉金塔一個電站一天發電情況的數據：

可以看出早晚發電量差別最大，中午最小，這是因為清潔后，組件的弱光響應能力大大增強，早晚光線較弱時能大幅度提高發電量；接近中午時，輻照度高，已經接近組件最大輸出功率，提高的發電率低，但提高的發電量高。

實際上不止西北，北京以及天津河北等地污染嚴重，受霧霾困擾的同時，灰塵問題也十分嚴重。在《光能》走訪的天津和河北的項目中，其中平鋪的光伏組件兩周如果不清潔一次，發電量將大大降低。

那么，究竟光伏組件應該如何清潔呢？

早在2008年以前，筆者去德國Intersolar參展時，看德國廠家展出的機器人清潔裝置，當時腹誹德國這樣的環境是否有必要為灰塵問題破費？依靠雨水的自清潔即可。而中國五省卻恰恰也是降水量最低的幾個省份。在國內最早提出這個問題的專家是王斯成老師，在2010年年初，中國第一批光伏電站運行了一段時間之后出現這個問題。在同年的德國展上，筆者跟他攀談時又聊起電站沙塵的問題，他很興奮的說起國人的智慧：“10MW的電站，找3個農婦，一個月1500元工資，一年能擦3-4遍。”時至今日，光伏電站規模越做越大，動輒50MW以上，龍羊峽光伏電站甚至達到了320MW的裝機規模。同時在這些地廣人稀的地方，是否方便找到合適的勞動力？

目前業內興起的智能化清洗車，正在挑戰“農婦”和“瓦力”們的地位。有些電站用灑水車的高壓水槍清潔，暫且歸為人工一類。

在比較這些方式孰優孰劣之前，我們應該判斷一個好的運維方式應該具備的特點：

1、首要的是安全問題：僅40MW項目就占地1平方公里，清潔運維的面積廣、強度大，操作人員人身安全是首要考慮的問題；

2、響應速度快：遇到沙塵暴天氣，需快速完成清潔工作，否則將大大降低發電量；

3、工作效率高：一般情況下，每天應能清潔3MW以上；

4、全天候工作：可夜間工作，可在冬季寒冷條件下工作；

5、成本低、節約水：從除垢原理來看，達到好的清潔效果必須用水，如何能用少量的水實現清潔？

6、操作簡單：即使采用自動化設備，也必須容易操作，快速上手；

7、清潔設備對組件安全的影響：目前電池片厚度從原來的400微米降低到180微米，還可能繼續降低到160微米，承受壓力能力越來越弱，極易引起隱裂，降低發電效率。清潔設備對組件的沖擊壓力必須控制在一定范圍內。

魏宇平，重慶太初新能源有限公司總經理，運維界資深人士。目前重慶太初在運維界做得風生水起，在國電集團、中廣核、大唐、中節能、華電新能源、三峽新能源等多家光伏電站都有測試或產品合作，我們請他結合他們走訪和服務的多家電站，來談談這幾種技術路線的優劣。

首先來評定手動清洗。手動清洗目前是地面電站采用較多的除塵方式，我們主要比較灑水車配高壓水槍和人工擦洗兩種方式。

圖：灑水車沖洗過后的印記，可以看出上面還仍然附著了不少污垢

魏宇平認為，首先要淘汰灑水車模式。雖然他有清潔效率高、初始投資成本較低、響應速度快的優點，每天能沖洗2-3MW，但劣勢也相當突出；灑水車通過高壓水炮沖洗組件，對組件的沖擊壓力非常大，極易引起組件隱裂，早期投運的部分電站在分析組件衰減過快問題時已經發現灑水車沖擊問題；耗水量巨大，清洗一次10MW晶硅組件的光伏電站耗水100-150噸地下水；雖然夜間可工作，但冬季條件下滴水成冰，在室外操作高壓水炮強度太大，基本無人愿意工作；灑水車僅能除塵、無法除垢，王斯成老師4月份在青海進行測試發現，灑水車沖洗后再進行擦拭除垢，仍能提高4%發電量。

圖：人工清潔的問題就是上部不容易擦干凈，一致性不好容易引發熱斑

早期人工清潔類似于擦玻璃：噴少量水、用刮子從上往下刮一遍，這種成本低、節約水，清洗一次10MW電站耗水10T；后期的人工清潔模式發生變化，還是幾個人工，但是配套了1-2T的小拖車運水，跟擦玻璃類似，但是噴水量已經大大提高，清洗一次10MW電站耗水30-50T，但西北地區地廣人稀，這種模式的成本現在越來越高，而且還在上漲。

人工模式劣勢比較突出：效率太低、惡劣天氣下響應速度極慢； “人工清洗周期大約在70工作日/10MW。”魏宇平說，“往往這邊還沒清洗完，那邊就已經又臟了。” 且夜間、冬季均無法工作；清洗的一致性差，容易產生熱斑。

但人工模式符合除塵除垢原理，清潔后的效果還是比較好，可以作為一種補充，在夏秋季節的白天可以工作。

組圖：實拍光伏電站遇到的沙塵天氣

“實際上我和王斯成老師也探討過這個問題，開始他還是堅持人工清洗是最優的方案。”做為業內最敬業的專家之一，王斯成老師長期活躍在電站一線，魏宇平對他很是欽佩。“但我給他分析了這些問題，同時也介紹了我們根據國內電站特點研發的清洗設備，他看了之后，觀念有所改變。”

在比較下國外常用的清洗設備優劣之前，先對比一下國內外光伏電站集中區域環境特點：

歐洲：場地平整并被壓實、組件陣列排列整齊，空氣質量好、有灰塵但極少有鹽堿垢、氣候較好溫差不大；

中國：場地依地勢而建基本不做處理、組件陳列存在高低落差、冬春季節沙塵暴嚴重、大部分地區有鹽堿垢、氣候惡劣晝夜溫差大。

再看一下歐洲設備的幾種類型（從目前資料來看，大型清洗設備主要是歐洲制造，日本做的以機器人為主，基本不適合地面電站）：

（1）大型重載車輛為底盤+高壓水槍；

（2）大型重載車輛為底盤+輥刷；

（3）依附于組件陣列的軌道式。

這幾種類型適合我們的國情嗎？逐項分析一下：

（1）僅用高壓水沖洗的，類似于我們的大噸位灑水車+高壓水炮模式，不符合除垢原理，都可以否定---既耗水又無法除垢，不適用。

（2）因輥刷與組件表面接觸，必須考慮安全問題。地面不平整引發車輛晃動時、組件陣列有落差時，輥刷如何快速調整保證安全距離、不壓壞組件？輥刷旋轉時動量太大，刷絲對組件側面拍打的壓力是否會造成隱裂隱患？液壓動力是否適合西北地區晝夜溫差大的實際情況，能否冬季工作？

之前國內一家運維意識比較強的企業采購了這種模式的國外設備，但很快遇到了問題：液壓動力出問題維修復雜導致停工，在遇到組件陣列有落差時需通過人工調節方式跨越而非自動化調節造成效率降低并且多次砸壞組件，中國代理商處沒有研發技術力量，遇到技術支持是無法得到最及時的服務。“這家企業后來把預定的兩臺設備都緊急取消了。”魏宇平說。

（3）軌道式的問題：組件陣列之間有落差如何跨越？取電問題？供水問題？安裝軌道的高額成本問題？以色列推出了一款產品，不用水、自帶光伏板自發電，但他無法解決組件陣列之間跨越的問題，每個陣列都需要安裝專用軌道，成本不菲，夜間無法取電無法工作。

國內曾有研究機構在新疆某項目試用過該模式，因無法解決供水問題采用干刷模式，清潔效果極差，軌道安裝成本極高，不具備推廣價值，僅能作為科研項目。

國外設備水土不服的情況并不少見。從幾年前的組件生產設備尺寸不一致到現在行業熱議的背板標準問題，再到現在的清洗車。對此魏宇平說：“其實這種設備還是可以改進的。只是涉及非常復雜的自動化控制，成本也會大幅上升。”

太初針對這些問題做了創新：

1、自適應控制技術

利用進口高精度傳感器、PLC、伺服電機系統實現全自動操作，操作人員僅需選擇左/右操作臂、自動開啟/自動收回即可，組件陣列有落差、地面不平整引起車輛晃動時，自適應控制系統能快速調整清潔刷臂高度與角度，保證設備安全穩定運行。

2、自適應駕駛技術

增加減速機構，自主研發設計獨立履帶輪（見圖），增強系統的道路適應性，提高平穩度。操作人員僅需調到特設檔位，即可超低怠速工作。

3、圓盤刷技術

太初經過仔細的市場調研與技術比對后發現：輥刷長度達4米以上難以保證同軸，自身重量與體積都較大，工作過程中僅六分之一刷絲與電池板接觸，容易撓動拍打電池板進而損壞內部電池片，控制難度較大。經過大量試驗論證最終太初設計制造了一款有自主知識產權的圓盤刷，工作過程中采用現代傳感器技術，保障刷絲與電池板面相切合但又不會過度壓迫電池板，既能對電池板面的灰塵積垢有效清除又便于機械與自動化控制實現，提升設備安全性。

4、全電動技術方案

現場調研后，放棄了液壓動力方案，采用全電控控制，既保證了控制精度，也避免溫差問題影響設備工作。

對照前面運維特點分析來看，太初的設備解決了幾個問題：

1、僅需一個操作工人，節省了人工。

2、可夜間、冬季工作，響應速度快，工作效率高，正常情況一天清洗3MW以上，在道路條件更好、使用更熟練、夜間加班情況下，可大幅提高清洗效率；

3、耗水低：在首次進行除垢時耗水3T/MW，以后定期保潔除塵，耗水量僅2.2-2.5T/MW。

4、操作簡單：自適應控制技術讓操作人員不需要顧慮地面不平整、組件陣列有落差問題；自適應駕駛技術降低了操作人員工作強度，僅需調到專用檔位即可實現超低怠速行駛；

5、獨立盤刷模式降低操作臂質量、控制難度隨之降低，通過高精度傳感器、PLC控制系統快速調整刷毛與組件間的距離，既能達到清潔效果又保證安全距離；進口伺服電機系統保證調節速度與精度，快速的調整操作臂高度與傾角。

那么太初的設備是如何清洗組件的？我們來看一張直觀的照片：

看看清潔效果的對比：

魏宇平也對光伏電站的設計提出了自己的建議：“光伏電站組件陣列建設國家已經有出臺了相關標準，業主應要求施工方嚴格按標準執行。我國的光伏電站建設標準要求組件陣列下沿與地面應保持750px以上距離；另外施工結束前在不進行大規模地形改造的基礎上，盡量保證每排光伏陣列前三米范圍內地面平整，以滿足正常維護通道的需要，隨著社會與行業的發展進步，自動化代替人工清潔運維也將是必然的趨勢。”

圖：場地差

算筆經濟賬

再來對比這幾種運維方式的經濟性，首先對比下費用。

以50MW的電站為例：

1、目前西北地區人工和噴槍清洗費用大約為1500元/MW，按一年清洗6次計算：1500*50*6=45萬，目前市場也有壓價到1100左右的，但個別風沙大的地區，有數據表明60MW的組件年清潔費近百萬元、

2、清洗車的費用需要一個詳細的清單，見下圖：

其中還要算上清洗車的費用，80萬左右。

客戶對待清洗車的態度很有意思。“很多客戶不愿意投入80萬的車輛費用，所以我們也在推行新的商業模式，直接給客戶做清洗。”魏宇平說，“但有個客戶40MW的電站希望我們連續清洗，一年20次，自己算了下要投入120萬清潔費用，而自己進行清潔一年成本也不超過40萬，算了一下，買車后一年收回成本。”這家開始不想多花錢的客戶在算了經濟賬后還是選擇了購買清洗車。

再來算算經濟效益。

以上文的甘肅酒泉金塔項目為例，夏季清潔后提高8%左右的發電量。

圖：甘肅金塔的數據

在人工無法作業的冬季，發電量提升最大可以達到30%以上，清潔后連續15天的平均提高發電率在20%左右。下圖是新疆輪臺某電站的測試報告：

通過提高發電量的對比分析，我們得出冬季清潔的必要性。魏宇平說：“在與其他模式對比時，在夏秋季節提高發電量我們設備僅高出3-4%個點，但冬季我們設備可提高20%以上，這是其他清潔模式無法實現的功能。”

通過以上數據分析，計算收益：

假設全年提高發電率8%，有效利用小時數：一類地區按1500小時計算

電站規模：50兆瓦

電價：按照一類地區未來的0.9元來算

以每千瓦時電能節約0.4KG標煤進行折算

經過近年國內外光伏電站清潔運維的研究成果與實際經驗，普遍認為光伏電站的清潔運維工作難以量化。但是光伏電站清潔運維的效益產出是即清即得，各光伏電站管理者應根據自己光伏電站實際情況與維護成本之間的平衡關系選擇合理的清潔頻率。實際上只要清潔后的產出大于清潔投入的前提下任何時候清潔都是可行的。在清洗頻率方面，公認的發展方向會是：定期清潔向狀態清潔的轉變?，F階段國內大多采用的是一個月為周期進行清潔，遇到沙塵暴等惡劣天氣臨時增加清潔工作，在6-9四個月通過少量降雨自清潔。

狀態清潔：通過歷史數據設定參考值，綜合天氣預測參數、組件衰減監測數據、實際天氣狀況、提高發電量變化曲線做出判斷，是否進行清潔。

“我們也在自主研發的光伏電站監控系統平臺上增加狀態清潔功能模塊。”魏宇平說，“但現在組件衰減數據監測不準確，對結果判斷影響較大，需要一個較長期的歷史數據積累。”

關于分布式項目

未來分布式的清潔趨勢肯定是自動化設備為主流，尤其是針對大型屋頂項目。

目前除人工清洗外，已有的自動化方案主要是機器人清洗，但造價昂貴，能否實現產業化有待進一步觀察。

屋頂項目布局千差萬別，與地面電站有很大的不同：

1、屋頂光伏陣列布局與屋頂面積、其他設備占地有關；

2、安裝方式上有平鋪的，有帶傾角的；

3、陣列之間間隙大小不一致，類似平鋪的，中間只有很小的檢修用間隙。

人工除塵方法仍然具備一定的生命力，尤其是以屋頂為主的分布式光伏，目前基本都是采用人工清潔方式。但行業仍然期待著新的針對分布式的除塵模式的誕生。據國內一家知名逆變器企業高管透露，國內已經出現多起運維不當造成的安全事故，尤其是屋頂分布式，除電擊外，還有墜樓危險。筆者一位朋友的公司也曾發生一起安全事故：該操作人員從6樓樓頂清潔組件，遭到電擊，如果不是邊上的同事拉住該名員工，很可能從六樓墜落，釀成慘劇。

最后我們討論下南方環境較好，雨水豐沛的地區用雨水清潔是否可行？可以說雨量充沛、灰塵較少的地區是可行的，只是要注意灰塵中的鹽堿成分溶于水后會更緊密的附著在光伏組件表面。簡而言之：塵好去，垢難除。