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1、  概述

大型太阳能发电站通常指的是超过10兆瓦以上、占地面积超过5万平方米以上的光伏电站。一般建在偏远地区,气候干旱少雨、风沙大。沙尘严重影响光伏发电效率,需要定期清洗。

1.1   主要问题

场地地形:大型电站的场地多数是没有硬化的沙土地,高低不平,车辆人及机械设备行走困难。

供水:清洗用水问题影响成本和效率。尤其对于缺水地区,需要在清洗效果和节水之间取得平衡。

清洗设备:因为太阳能产业近几年才开始高速发展,太阳能清洗设备的进展还跟不上;各种清洗设备,例如清洗机、大型清洗车、清洗机器人等都有投入使用,但能够被广泛认可、能达到成熟商业应用的设备,还很少。

清洗时间:大型电站需要在有限的时间内完成全部清洗。因为污渍对光伏发电的影响不是线性的,随着污渍物增加,发电效率会骤然下降。大型电站占地辽阔,如果不能在几天内完成全部清洗,局部地方的沙尘会过量聚集,严重降低发电能力。

1.2   清洗行业现状

目前采用的清洗方式主要有人工纯手工清洗、人工用工具清洗、机械化清洗车清洗这几种方式;另外的在光伏电池板安装固定网管喷淋、光伏板上放置爬行清洗机器人等方式,由于清洗效果、效率、可靠性、成本等原因,应用尚未普及。

这些清洗方法使用的清洗介质一般是清水或有着更好效果的经离子交换处理的软水,使用清水时,在水干后,由于水中钙、镁离子等杂质影响,会留下水渍,而软水一般不会留水渍。

无水清洗虽然有过很多探索尝试,但因其靠干摩擦把沙尘移除,长期使用存在过度磨损太阳能电池板表面的危险,电池板表面过度磨损会提前结束其使用寿命;故无水清洗还处于探索研究阶段。

进口或国产的机械化清洗车近几年开始有探索性的应用,其清洗效率较高、节省人力,但需要在较平整的场地使用。发生过的问题有:耐久性差,故障率高;安全性差,曾经撞坏过电池板,若达到满意的清洗效果时,清洗速度达不到理论值;对于山坡、水面、屋顶光伏发电等场地不适合。目前成熟可靠的商用清洗车还很少见。

人工纯手工清洗是先用水管冲刷淋水,然后再用抹布、拖把等最简易的手工工具清洗,这也是目前我国大部分地方最常用的办法。此方式操作简单、最容易实施,适合任何光伏发电场合,几乎不需要设备投资,清洗效果一般。但很明显,此方法效率很低、工人劳动强度大,耗水率也较大。

2、  建议及方案

基于此,本公司基于多年行业经验及本公司设备,提出如下建议及方案

2.1   场地建议要求

截止目前,在大型太阳能电站建设中,普遍忽略后期清洗维护所需要的场地条件建设。一般就是安装完成光伏电池板了事。场地地面还是原生态地面。为此建议在设计、建设光伏电厂时就必须考虑将来清洗维护的场地要求,具体为:

1、场地平整,电池板行间地面要求能够长期行驶轮式车辆。

2、扬尘的处理,刮风或者车辆行驶时要求没有扬尘,避免二次污染。有条件的地方地面应全部硬化,或者采用碎石(砾石)覆盖、电池板下面绿化等方式。

3、预埋的管线要耐压,需要深埋。

对于已经建成的太阳能发电厂,除上述的扬尘处理、管线再做防压处理外,大规模改建很难实现,只能根据具体条件,尽量将电池板行间地面平整、硬化。

供水

水是清洗电池板必须的资源。根据我们的经验,通常,太阳能电池板每平方米清洗一次的耗水量大于1,也就是说,对于一个二十兆瓦的地面太阳能电站,加上损耗的话,每清洗一遍耗水量要超过200吨。

水的来源主要有周边湖泊、河流,或者打井。过滤掉沙粒杂质等就可使用。

建议使用软水

一般水中含有不少无机盐类物质,如钙、镁盐等。这些盐在常温下的水中肉眼无法发现,水蒸发后,便有不少钙、镁盐以碳酸盐形式沉淀出来,会在电池板表面形成水渍。通常把水中钙、镁离子的含量用“硬度”这个指标来表示。硬度1度相当于每升水中含有10毫克氧化钙。低于8度的水称为软水,高于17度的称为硬水,中国西北部大部分地区的湖水、井水都偏硬。水越硬,清洗效果越差。

大型太阳能电厂最好使用软水清洗电池板。应该安装离子交换软水处理装置处理硬水。对于一个二十兆瓦的地面电站,软水处理装置投资一般在几万到十几万之间,而后期维护费很低(仅需要定期投工业盐),能够显著提高清洗效果。

2.2   设备配置及清洗方案

基于目前行业现状及我公司现售的设备,对于大型电站(太阳能电池板最高点在4以下),提供的流水线式班组清洗解决方案如下,见下图:

说明:图中带有水泵的运水车容量4立方水以上,输出水压0.3兆帕以上,可同时带动35台手推式太阳能电池板清洗机,此清洗机喷水清洗一次完成,转速1250/分钟,只需推着在电池板表面行走即可达到清洗效果,无需往复擦拭操作,所以效率较高。几台清洗机同时清洗,后面跟几人手持光伏水刮,同时刮水。

 

 

参考配置如下。

手推式双脚轮太阳能电池板清洗机

光伏水刮

设备配置:

运水车(4吨)一台+电池板清洗机三台+光伏水刮三台

人员:8~9人。

其中:运水车司机一人,清洗机操作员三人,光伏水刮操作员三人,管理及辅助一至二人

2.3   清洗能力(作业效率)

前述配置下,整个班组的清洗速度相当于人正常步行速度,即1/秒。

换算后理论上每班(8小时)清洗面积为:46000平方米

考虑到补水、换行等因素,实际工作效率约65%。即:

每个班组每天清洗=46000*65%=3万平方米,即大约4兆瓦的太阳能电池板。

平均每人每班清洗3300平方米

实际清洗能力:对于一个二十兆瓦的电站,一个班组约5天可以完成清洗。

3、  成本计算

 

太阳能电池板清洗成本概算表
(一个班组每天成本费用预估值)

项目名称

单位

数量

单价
(单位:人民币元)

合价
(单位:人民币元)

人工费

工日

9

220

1980

清洗机设备费
(含折旧费)

1

200

200

运水车机械台班费

1

1000

1000

水费

64

10

640

现场管理费
(=
人工费*18%

1

356

356

综合管理费
(直接费*18

1

752

752

合计

4928

 

备注:

1、耗水量按每台清洗机0.75/秒计算,用户可以根据供水条件调整耗水量。用水量越大,清洗效率及效果越高。

2、设备折旧按3年计算

3、每兆瓦太阳能电站按7500平方米估算。

结论:由上述概算表可见,一个9人的班组,清洗一个20兆瓦电站,约需要5个工日,费用约2.5万元。如果按目前市场上每平方米每次清洗0.30.5元人民币的通常价格计算,采用此方案的税前毛利超过50%