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山東天合環境科技有限公司作者
光伏電站灰塵監測系統設計：全站覆蓋與實時監測能力，提升運維響應速度【型號推薦：TH-HS1，物聯網一體化設備，云境天合支持定制服務】灰塵沉積會遮擋光伏板表面，降低透光率，導致發電量顯著下降。研究表明，灰塵積累可使光伏系統年發電量減少5%-30%，尤其在干旱、多沙地區(如沙漠、戈壁)影響更為嚴重。傳統人工巡檢依賴肉眼觀察或抽樣檢測，難以實現全站覆蓋，易漏檢局部積灰區域，導致清洗不及時或過度清洗，增加運維成本。在光伏電站內均勻部署灰塵傳感器(如基于光學透射率、電阻變化或激光散射原理的傳感器)，實現每100-200平方米區域至少1個監測點，確保無盲區覆蓋。傳感器每5-15分鐘采集一次數據，實時上傳至云端或本地監控平臺，動態顯示灰塵分布熱力圖。系統預設灰塵閾值(如2g/m²)，當某區域超過閾值時自動觸發報警，并生成清洗優先級建議(如優先清洗高發電量區域)。
一、產品概述
太陽能組件玻璃上的污染物是快速影響光伏電站的主要問題之一，會降低發電效率和性價比。灰塵污染會大幅降低光伏電站發電量，估計每年至少在5%以上。采用藍光污染物光閉環測量(OMBP)技術，可以很容易安裝到新建或現有的光伏陣列中，并集成到電站管理系統中。該裝置安裝在光伏板的框架上。通過連續測量玻璃上污染物帶來的傳輸損耗，從而計算出陽光到達太陽能組件的減少量。
通過測量污染物的比例(SR)，實時轉化為發電量的損失。這使運維人員知道污染物何時達到臨界點，并且已經有必要開始清洗程序。該產品不需要維護，只需在清洗周圍組件時以同樣的方式進行清洗。
因為大型光伏電站在整個園區中有不同的污染率，所以IEC 61724-1標準中要求多點測量。與傳統系統相比，在采購成本、安裝和維護成本要低得多，這使得它更加經濟，因此可以在需要的時間和地點計劃進行清理。
二、灰塵對光伏發電的影響
大家都知道灰塵覆蓋在組件上，形成遮擋現象，直接導致組件功率輸出下降，而且灰塵長期粘附對組件具有一定的腐蝕作用。同時，灰塵一直存在會造成組件的熱斑，進一步降低組件的輸出功率，甚至影響組件的壽命。并且熱斑效應對于組件來說是不可逆的，一旦出現沒有彌補的手段，只能選擇更換組件。否則會影響發電量，還有可能給電站帶來安全隱患。
國內外多個調查機構針對灰塵影響光伏系統功率衰減進行研究，得出數據如圖1所示。
從上圖可以看出我國光伏系統輸出功率受灰塵影響平均約20%左右。
灰塵對光伏發電的影響主要歸結為以下三個方面：
1、溫度影響
目前光伏電站較多使用硅基太陽電池組件，該組件對溫度十分敏感，隨灰塵在組件表面的積累，增大了光伏組件的傳熱熱阻，成為光伏組件上的隔熱層，影響其散熱。
研究表明太陽能電池溫度上升1℃，輸出功率約下降0.5%。且電池組件在長久陽光照射下，被遮蓋的部分升溫速度遠大于未被遮蓋部分，致使溫度過高出現燒壞的暗斑。
正常照度情況下，被遮蓋部分電池板會由發電單元變為耗電單元，被遮蔽的光伏電池會變成不發電的負載電阻，消耗相連電池產生的電力，即發熱，這就是熱斑效應。此過程會加劇電池板老化，減少出力，嚴重時會引起組件燒毀。
2、遮擋影響
灰塵附著在電池板表面，會對光線產生遮擋，吸收和反射等作用，其中最主要是對光的遮擋作用。灰塵顆粒對光的反射吸收和遮擋作用，影響光伏電池板對光的吸收，從而影響光伏發電效率。
有研究指出灰塵沉積在電池板組件受光面，首先會使電池板表面透光率下降;其次會使部分光線的入射角度發生改變，造成光線在玻璃蓋板中不均勻傳播。
有研究顯示在相同條件下，清潔的電池板組件與積灰組件相比，其輸出功率要高出至少5%,且積灰量越高，組件輸出性能下降越大。
3、腐蝕影響
光伏面板表面大多為玻璃材質，玻璃的主要成分是二氧化硅和石灰石等，當濕潤的酸性或堿性灰塵附在玻璃蓋板表面時，玻璃蓋板成分物質都能與酸或堿反應。
隨著玻璃在酸性或堿性環境里的時間增長，玻璃表面就會慢慢被侵蝕，從而在表面形成坑坑洼洼的現象，導致光線在蓋板表面形成漫反射，在玻璃中的傳播均勻性受到破壞，光伏組件蓋板越粗糙，折射光的能量越小，實際到達光伏電池表面的能量減小，導致光伏電池發電量減小。并且粗糙的、帶有粘合性殘留物的黏滯表面比更光滑的表面更容易積累灰塵。而且灰塵本身也會吸附灰塵，一旦有了初始灰塵存在，就會導致更多的灰塵累積，加速了光伏電池發電量的衰減。
三、產品特點
1、實時數據監測：可采集、分析污染比、潔凈比、灰塵厚度、背板溫度四類數據，污染比與潔凈比采用雙探頭均值數據計算模式，保證數據精準可靠。
2、科技型采集儀：灰塵環境數據采集儀采用新一代32位MCU處理器，板載集成高精度4G、Bluetooth數字芯片，可使采集數據通過有線或者無線方式發送到數據監測平臺。
3、創新藍光技術：采用全新一代藍光污染物光閉環測量(OMBP)技術，可有效保證高精度灰塵數據探測，并有效防止太陽光照射對光路閉環采集數據的干擾。可以在全天候狀態下長期使用，優于《IEC 61724-1標準》中要求的每天11-13點只能三小時有效監測的規定。
4、智慧電站清潔：內置全新一代物聯網管控模塊，具有四種控制模式：常開常閉、循環控制、時間控制、人工控制。根據設定污染閥值和控制模式，可以聯動清潔機器人或物聯管控設備自動清潔電池板灰塵，保證光伏電站高效率發電需要。
5、準確度自校準：設備上集成有一鍵準確度自校準按鍵，根據不同的應用環境和不同的使用時間，設備的采集準確度會有所下降。通過自校準按鍵可以自動對藍光監測電路進行重新校準，保證數據觀測精準可靠。
6、綠色電源管理：本數據采集儀可以采用AC220V和DC12V兩種供電模式。并在內部集成了新一代綠色電源管理模塊實現交流與直流供電智能切換。
四、技術指標
| 參數名稱 | 參數描述 | 備注 |
| 污染比例 | 雙傳感器值50～100% |
|
| 污染比的測量精度 | 測量范圍90～100% | 測量精度士1%+讀數的1%FS |
| 測量范圍80～90% | 測量精度±3% | |
| 測量范圍50～80% | 測量精度±5%,經過內部精密算法處理。 | |
| 穩定性 | 優于全量程1%(每年) |
|
| 背板溫度傳感器 | 測量范圍： -50～150℃精確度：±0.2℃分辨率：0.1℃ | 選配 |
| GPS定位 | 工作電壓：3.3V-5V工作電流：40-80mA定位精度：平均值10m,最大值200m。 | 選配 |
| 輸出方式 | RS485 Modbus |
|
| 聯動輸出(無源常開觸點) |
| |
| 報警閥值 | 可以設定上限和下限閥值 |
|
| 工作電壓 | DC12V(允許電壓范圍DC9～30V) |
|
| 電流范圍 | 70～200mA @DC12V |
|
| 最大功耗 | <2.5W @DC12V | 低功耗設計 |
| 工作溫度 | -40℃~+60℃ |
|
| 工作濕度 | 0～90%RH |
|
| 重量 | 3.5Kg | 凈重量 |
| 尺寸 | 900mm*170mm*42mm | 凈尺寸 |
| 傳感器線長 | 20m | |
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