CN111628721A - 一种光伏组件灰尘清洗决策方法、监测系统和清洗系统 - Google Patents

Abstract

一种光伏组件灰尘清洗决策方法、监测系统和清洗系统，预先设置第一光伏组件和第二光伏组件，二者同条件放置于光伏电站，定时自动对第一光伏组件进行清洗，1)分别采集第一光伏组件和第二光伏组件的电流、电压，计算得到灰尘的堆积程度；2)根据堆积程度计算发电量损失，进一步计算损失成本；3)若损失成本大于光伏电站的清洗费用时，进入步骤4)；若否，则将堆积程度与预设的积灰度阈值进行比较，若超过积灰度阈值，则发送报警信息，回到步骤1)；4)获取天气预报数据，根据降水量计算未来降水数值的期望值，若期望值小于预设的雨水阈值，则发送清洗指令；若否，回到步骤1)。本发明方法，依据准确的数据来源判断是否需要清洗，避免人为主观，判断结构更为精准、效率高。

Description

一种光伏组件灰尘清洗决策方法、监测系统和清洗系统

技术领域

本发明涉及光伏组件领域，特别是一种光伏组件灰尘清洗决策方法、监测系统和清洗系统。

背景技术

目前光伏组件安装在屋顶，对于屋顶灰尘聚集在光伏组件表面的情况，只能通过人员爬到屋面，进行近距离观测光伏组件表面，通过人员的肉眼观查，主观判断，灰尘聚集是否严重，是否需要进行清洗。

因灰尘聚集覆盖在光伏组件表面是一个持续、缓慢、渐进的过程，具体影响光伏组件发电的情况，靠肉眼观测、判断，缺乏科学的定量分析的数据和标准，不易准确判定。

另外，光伏组件表面积灰对发电量的影响将导致无法最大效率发挥光伏组件的发电效率，在积灰严重部位还会造成光伏组件的“热斑效应”，降低组件的使用寿命。何时需要清洗缺乏决策的依据。

随着光伏组件表面灰尘监测、清洗决策时机的判断的研究，有一些发明通过创新装置，设置同条件放置的两对比光伏组件，测量光伏组件的工作电压、工作电流、计算功率的差值，当未清洗组件的工作电流或功率与及时清理组件的电流或功率达到一定的差值，触发相应决策机制的指令或提示信息。不足是在保障同条件放置光伏组件的实时清洁装置设计上，清洗组件的方式缺乏持续稳定的可靠性保障。因为大多方案设计的是水箱储水，循环使用清洗水，还需要系统外部供电。并且没有结合光伏电站在实际应用中的清洗成本及清洗费用，进行综合的经济考量。

一些改进型发明，出现了结合清洗费用的计算比较策略，但不足的是没有考虑到刚刚清洗后，可能未来的某一天就会下雨，而不同的下雨量，会溶解、冲刷掉光伏组件表面不同程度的灰尘，造成之前清洗所发生的费用实际是一种多余的浪费。

又有方法是根据天气预报未来5天内无雨，且累计20天发电金额损失大于清洗费用的80％就进行组件清洗；或者，根据未来的降雨量信息，预测雨后功率损失，通过一定周期内降雨量和功率增加值的数据记录和积累，构建多项式的数学模型，通过解相关线性方程组进行复杂计算后，得出未来预报的降水会导致雨后功率的损失值。最终决策是否清洗。

如上所述，未来某天有下雨的情况下，(这个某天只能是未来最近的2、3天内，天气预报的降水数值才准确，确定性的降水数值才能被使用，否则降水数值X可能的变化较大，则对应计算的组件功率损失值f(X)可能的变化范围就更大，失去了比选参照的意义。)相关多项式数学模型中的系数推导，受之前一定周期内降雨量和功率增加值的数据统计可靠性的影响很大，降雨量和功率增加值的统计关系，随机性的干扰会大幅降低此数学模型的可靠性，预测雨后功率损失值有可能就存在较大偏差。同时，天气预报只能结合未来短期2、3天内的降水信息，缺乏相关清洗费用与短、中、长期降雨情况相结合，这是由该发明的理论原理及数学建模所决定的不可避免的不足。

另外，传统清洗方式是人工用扫把、拖布干擦，或者人工拖动水管、喷水后配合拖布、玻璃刮等，进行人工湿作业清洁。这种清洁光伏组件表面灰尘的方式，费时、费力，每次清洁的人工成本高；同时，人员屋面清洗存在高空坠落、触电等安全隐患。新型的清洁光伏组件表面灰尘的方式还有运维清扫机器人，利用运维清扫机器人的滚刷在组件表面清除灰尘。但存在一次性投资高，后期运维中需定期更换电瓶、毛刷等，同时更换配件、故障维修等，运维成本高，阻碍了更大范围的推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种光伏组件灰尘清洗决策方法、监测系统和清洗系统，结合灰尘的堆积程度和天气预报数据进行清洗判断，易于实现。

本发明采用如下技术方案：

一种光伏组件灰尘清洗决策方法；预先设置第一光伏组件和第二光伏组件，二者同条件

放置于光伏电站，定时对第一光伏组件进行清洗，其余步骤如下：

1)分别采集第一光伏组件的电流和电压，第二光伏组件的电流和电压，进行计算得到灰尘的堆积程度Dj；

2)根据灰尘的堆积程度Dj计算光伏电站的发电量损失Qs，根据发电损失进一步计算损失成本Cs；

3)将损失成本Cs与光伏电站的清洗费用Cc相比，若损失成本Cs大于清洗费用Cc时，进入步骤4)；若否，则将堆积程度Dj与预设的积灰度阈值进行比较，若超过积灰度阈值，则发送报警信息，若否，则回到步骤1)；

4)获取天气预报数据，根据降水量计算未来降水数值的期望值Re，若期望值Re小于预设的雨量阈值，则发送清洗指令；若否，则回到步骤1)。

步骤1)中，所述电流为短路电流，所述电压为最大开路电压；所述灰尘的堆积程度Dj计算公式如下：Dj＝((Voc1-Voc2)/Voc1+(Isc1-Isc2)/Isc1)/2×100％，其中Voc1、Isc1分别为第一光伏组件的最大开路电压和短路电流，Voc2、Isc2分别为第二光伏组件的最大开路电压和短路电流；该步骤中，还可判断灰尘的堆积程度Dj是否小于清洁阈值，若是，则发出清洗完毕指令。

步骤2)中，所述总发电量损失，为光伏电站未来15天的理论发电量损失Qs＝P0×f×H0×15/365×Dj，H0为光伏电站所在地的年有效发电小时数，P0为光伏电站装机功率，f为光伏电站的系统效率。

步骤2)中，所述损失成本Cs＝Qs×p，p为光伏电站所发电量销售的综合电价。

所述步骤4)中，所述期望值Re＝S×Maxs(Rs，Rm，Rh)+M×Maxm(Rs，Rm，Rh)+L×Maxl(Rs，Rm，Rh)，其中，S、M、L分别为未来短、中、长期降水概率，Maxs()表示短期值内最大的降水量，Maxm()表示中期值内最大的降水量，Maxl()表示长期值内最大的降水量，Rs，Rm，Rh分别为小雨降水量、中雨降水量和大雨降水量。

一种光伏组件灰尘监测系统；包括第一光伏组件、第二光伏组件、采集单元、清洗控制电路、蓄电单元、第一喷淋单元、雨刮单元、通信单元和监控平台；该第一光伏组件和第二光伏组件同等条件放置且分别与蓄电单元相连以对其充电；该采集单元与第一光伏组件和第二光伏组件相连以采集电压和电流；该喷淋单元和雨刮单元安装于第一光伏组件上；清洗控制电路与蓄电单元、喷淋单元和雨刮单元相连以控制定时清洗第一光伏组件；通信单元与采集单元相连以发送电压和电流；该监控平台通信单元采集通信，根据电压和电流，计算灰尘的堆积程度和损失成本，根据灰尘的堆积程度判断是否发送清洗完毕指令或报警信息，或者根据损失成本结合天气预报数据判断是否发送清洗指令。

所述第一光伏组件和第二光伏组件并联，还包括第一切换开关和第二切换开关，该第一切换开关用于切换第一光伏组件与采集单元或蓄电池之间的连通，该第二切换开关用于切换第二光伏组件与采集单元或蓄电池之间的连通；或者所述第一光伏组件和第二光伏组件串联，还设有切换开关，该切换开关连接于第一光伏组件和第二光伏组件之间。

所述第一光伏组件、第二光伏组件均为多边形，所述雨刮单元设有两雨刮器以及与之连接的电机，所述两雨刮器与所述第一光伏组件相互适配，该两雨刮器分别压贴于第一光伏组件的相邻两侧，电机驱动所述两个雨刮器刮擦第一光伏组件表面，所述第一光伏组件的相邻两侧还设有空白区，所述两个雨刮器未工作状态分别停靠于所述空白区。

还包括第二喷淋单元该第二喷淋单元布设于光伏组件和所述第二光伏组件周围，接收权利要求6至8中任一项所述的光伏组件监测系统的清洗命令或清洁完毕命令开启或关闭对光伏组件和第二光伏组件的喷淋。

所述第二喷淋单元包括喷淋管道、若干升降喷头和至少一智能控制阀，喷淋管道布设于若干光伏组件外周，该升降喷头安装于喷淋管道上，该智能控制阀安装于喷淋管道上。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的方法和系统，设置第一光伏组件和第二光伏组件，二者同条件放置于光伏电站，并定时对第一光伏组件进行自动清洗，通过采集电流电压等信息，进行处理并结合天气预报数据判断是否需要清洗，依据准确的数据来源，避免人为主观，判断更为精准、效率高。

2、本发明的方法和系统，获取的天气预报的相关降雨数据是时时的滚动更新，计算和衡量的依据始终是站在现在时点，动态并紧密的结合未来15天的降水雨量，进行分析判断；对未来降水值的定量计算Re和雨量阈值R0的比较是简单易得的，相比现有技术，能够结合天气情况考虑的更长远，相应的组件清洗决策也将会是更科学合理；简单实用，贴合实际。

3、本发明的方法和系统，根据最大开路电压和短路电流计算灰尘的堆积程度，作为损失成本的计算依据，以此作为实现清洗的其中一个判断条件，将降水量期望值作为另一判断条件，结合两个判断条件确定是否清洗，判断结构更为可靠、准确。

4、本发明的方法和系统，在不满足损失成本和降水量期望值的两个判断条件下，根据积灰程度再判断是否发送报警信息，以告知用户相关的积灰程度；还可根据积灰程度判断第二光伏组件是否清洗完毕。

5、本发明的方法和系统，通过采集单元采集第一光伏组件和第二光伏组件的相关信息，结合清洗控制电路控制第一喷淋单元和雨刮单元对第一光伏组件进行定时清洗，蓄电单元由第一光伏组件和第二光伏组件充电并为清洗控制电路及其它电路供电，监测结构简单、部件少、成本低、易于实现。

6、本发明的方法和系统，在采集单元和第一光伏组件和第二光伏组件之间设置有第一切换开关和第二切换开关；或者设置一个切换开关，以便进行采集操作或充电操作的切换，电路简单。

7、本发明的方法和系统，其设置监控平台用于接收采集的信息、计算灰尘的积灰程度等，形成数据库汇总，可直观呈现各类曲线图、直方图等图表。相关数据、图表可同步传输显示在客户手机APP端或者客户的光伏电站运维管理系统云平台上。

8、本发明的清洗系统，清洗系统可接收来自监测系统的清洗指令或清洗完毕，自动控制开启或关闭清洗，且采用清洗管道和升降喷头配合，充分利用已铺设至屋面的清洗水管接驳点，在屋面光伏组件区域内，合理布置喷灌点；由于升降喷头可自动升降(不会在组件区域内形成阴影遮挡问题，)可调角度，在射程范围内，形成雨帘，合理覆盖组件表面，大小水滴，在组件表面溶解积灰。

9、本发明清洗系统，还设置有排水装置，由于太阳能电池片水平下端边框的水的表面张力作用，水便会进入毛细吸水管道导前端，经上横向部分、中间部分、下横向部分排出、或者经上横向部分、中间部分的排水口排出，效率较高，无需人工操作，可以适应不同雨量的积水。再有，中间部分的倾斜段与边框的间隙由上往下逐渐增大，使得水流通畅，较好的保持排水装置和边框侧面的干燥，同时调节倾角大小，可以调节该装置高度，从而适应不同边框宽度尺寸。

10、本发明的清洗系统，可解决低成本清洁光伏组件表面积灰的问题；同时，因减少了人员登高作业，则减少了因人员频繁上下屋面所面临的安全风险，直接减少了人员、工器具在屋面移动可能给屋面彩钢瓦造成受损、破坏的风险，减少人员在屋面光伏电站触电的风险；另外，喷淋的水滴有效降低了组件表面的温度，可使光伏组件的光生伏打效应的提高，光伏组件本体发电效率提升；水份在屋面的蒸发降低了屋面彩钢瓦的温度，也直接降低了厂房内部的室温。

附图说明

图1为本发明采集单元与光伏组件连接图；

图2为第一光伏组件清洗示意图；

图3为本发明方法流程图；

图4为本发明监测系统主要模块图；

图5为本发明清洗系统智能控制阀与监控后台通信示意图；

图6为本发明第二喷淋单元结构图；

图7为排水装置结构图；

图8为本发明升降喷头结构图；

图9为本发明升降喷头工作图；

图10为本发明采集单元与光伏组件连接图(实施例二)；

图11为本发明采集单元与光伏组件连接图(实施例二)；

其中：

10、光伏组件，11、第一光伏组件，12、第二光伏组件，13、边框，14、太阳能电池片，20、采集单元，21、第一切换开关，22、第二切换开关，23、切换开关，24、电阻，30、清洗控制电路，40、蓄电单元，50、第一喷淋单元，60、雨刮单元，61、雨刮器，62、空白区，80、通信单元，90、监控平台，100，排水装置，110、上横向部分，120、中间部分，130、下横向部分，160、第二喷淋单元，161、喷淋管道，162、升降喷头，163、壳体，164、升降头，165、智能控制阀。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图3，一种光伏组件灰尘清洗决策方法，预先设置第一光伏组件11和第二光伏组件12，二者同条件放置于光伏电站，并定时对第一光伏组件11进行清洗。同条件放置是指光伏组件的角度、位置相同。其余步骤如下：

1)分别采集第一光伏组件11的电流和电压，第二光伏组件12的电流和电压，进行计算得到灰尘的堆积程度Dj；

2)根据灰尘的堆积程度Dj计算光伏电站的发电量损失Qs，根据发电损失进一步计算损失成本Cs；

3)将损失成本Cs与光伏电站的清洗费用Cc相比，若损失成本Cs大于清洗费用Cc时，进入步骤4)；若否，则将堆积程度Dj与预设的积灰度阈值进行比较，若超过积灰度阈值，则发送报警信息，若否，则回到步骤1)；

4)获取天气预报数据，根据降水量计算未来降水数值的期望值Re，若期望值Re小于预设的雨量阈值RO，则发送清洗指令；若否，则步骤1)。

步骤1)中，电流为短路电流，电压为最大开路电压；灰尘的堆积程度Dj计算公式如下：Dj＝((Voc1-Voc2)/Voc1+(Isc1-Isc2)/Isc1)/2×100％，其中Voc1、Isc1分别为第一光伏组件11的最大开路电压和短路电流，Voc2、Isc2分别为第二光伏组件12的最大开路电压和短路电流。该步骤中，还可判断灰尘的堆积程度Dj是否小于清洁阈值，若是，则发出清洗完毕指令，即表示第二光伏组件12表面已清洗完毕。

该步骤中，数据采集动作的频率可以与每天清洁第一光伏组件11的频率保持一致，在清洁完第一光伏组件11后进行，也可根据需要设定，增加检测采集的频率，不做限定。

进一步的，该步骤中将采集的数据上传至后台的监控平台进行计算处理，统计分析，形成数据库汇总，可直观呈现各类曲线图、直方图等图表。相关数据、图表可同步传输显示在客户手机APP端或者客户的光伏电站运维管理系统云平台上。

本发明中，也可采用现有的积灰度公式计算得到灰尘堆积程度，不限于此。

步骤2)中，总发电量损失为光伏电站未来15天的理论发电量损失Qs＝P0×f×H0×15/365×Dj，H0为光伏电站所在地的年有效发电小时数(比如：某地区的年有效发电小时为1150小时)，P0为光伏电站装机功率，f为光伏电站的系统效率，取值可为80％。实际应用中，不限于15天的理论发电损失，还可以是10天、20天等，根据实际情况设定。

进一步的，根据该15天的理论发电量损失Qs计算对应的损失成本Cs＝Qs×p，p为光伏电站所发电量销售的综合电价，综合电价＝上输到国家电网部分的脱硫煤电价×上网比例+用户自发自用电部分的国家电网零售电价×自发自用比例。

步骤3)中，可根据以往人工清洗或其他方式清洗该光伏电站的历史数据，统计得出每次清洗所需花费的费用Cc。将损失成本Cs与以往每次清洗光伏电站费用Cc进行对比。

其中，积灰阈值D0可预先设定为3％、5％、10％，根据实际需求选择。报警信息可发送至客户的显示终端上。

步骤4)中，结合未来当地短、中、长期的天气预报信息，将未来当地短、中、长期的天气预报信息作为判断是否需要对光伏组件进行清洗的另一判断条件。雨量阈值R0可预先设定，例如10mm。

实际应用中，可通过连通中国气象数据网和当地市气象局的天气预报数据，天气实况接口更新频率为每1小时一次，天气预报接口每天更新3次，可以获取稳定、可靠的当地天气数据来源。

本发明充分考虑了未来短、中、长期当地降水的可能，从天气预报的原理出发，充分利用并结合天气预报的特点，设置相关参数的概率占比。如：天气预报的短期值、中期值、长期值的取值范围，就是参照“国家气象部门关于天气预报时效的长短通常划分为三种：短期天气预报(2～3天)、中期天气预报(4～9天)、长期天气预报(10～15天)”的定义。未来2至3天的降水预报相应的准确度是最高的，概率占比的设定就是依据天气预报的准确度设定的90％，M的概率取值60％、L的概率取值30％；而超过15天以上天气预报中有关降水的预报可靠性已很低，所以不再纳入定量分析中的概率占比。同时也能与计算未来15天内，光伏电站因灰尘堆积而导致的总发电量损失相对应。

在未来15天降雨量数值的定量计算分析中，对大、中、小雨的降水量取值，进行了数学模型拟合，使其能够简便的在实际中应用。按照国家气象部门有关天气预报中对小雨、中雨、大雨、暴雨的定义，如：小雨是日降水量在1mm至10mm，中雨是日降水量在10.1mm至25mm大雨是日降水量在25.1mm至50mm，在本数学模型建模中，对大、中、小雨的具体数值各取了中位数，这样更方便进行概率的统计计算。

光伏组件表面灰尘被雨水冲洗，不但需要考虑降水总量的多少，更需要关注并考虑降水强度。在总降水量数值相同的情况下，短时的强降水对光伏组件表面的灰尘溶解和冲刷效果将大幅提升。所以，我们需要更关注一段时期内的最大降水强度，就是在数学模型中取最大值。通过优化短中长期，在各自概率区间内取最大的降水量，以考虑降水强度对组件表面灰尘溶解和冲刷的实际效果，这样就能更好的贴近现实中的决策分析。

期望值Re＝S×Maxs(Rs，Rm，Rh)+M×Maxm(Rs，Rm，Rh)+L×Maxl(Rs，Rm，Rh)，Maxs()表示短期值内最大的降水量，Maxm()表示中期值内最大的降水量，Maxl()表示长期值内最大的降水量，Rs，Rm，Rh分别为小雨降水量、中雨降水量和大雨降水量。举例：短期内2-3天的最大降水量Maxs(Rs，Rm，Rh)，若第二天为小雨，第三天为中雨，最大降水量是17.5mm；长期值内最大降水量Maxl(Rs，Rm，Rh)，假设第十天至第15天均为大雨，则最大值是37.5，以此类推。

雨量阈值R0因光伏组件边框配合使用组件表面导水装置，而使得R0数值可以大幅下降，具体值因屋面实际安装光伏组件的坡度不同、安装方式(组件横排、竖排)的不同会有所不同，可通过经验总结分析，或者一定周期内降雨量数值大小和雨后的实际发电量提升的记录，进行数理统计分析，科学合理的确定阈值R0，不需要人为的主观因素.

天气预报的相关降雨数据是时时的滚动更新，计算和衡量的依据始终是站在现在时点，动态并紧密的结合未来15天的降水雨量，进行分析判断。对未来降水值的定量计算Re和雨水阈值R0的比较是简单易得的，能够结合天气情况考虑的更长远，相应的组件清洗决策也将会是更科学合理；简单实用，贴合实际。

参见图4，本发明还提出一种光伏组件监测系统，包括第一光伏组件11、第二光伏组件12、采集单元20、清洗控制电路30、蓄电单元40、第一喷淋单元50、雨刮单元60、通信单元80和监控平台90；该第一光伏组件11和第二光伏组件12同等条件放置且分别与蓄电单元40相连以对其充电；该采集单元20与第一光伏组件11和第二光伏组件12相连以采集电压和电流；该喷淋单元和雨刮单元60安装于第一光伏组件11上；清洗控制电路30与蓄电单元40、第一喷淋单元50和雨刮单元60相连以控制定时清洗第一光伏组件11；通信单元80与采集单元20相连以发送电压和电流；该监控平台90与通信单元80通信，根据电压和电流，计算灰尘的堆积程度和损失成本，根据灰尘的堆积程度判断是否发送清洗完毕指令或报警信息，或者根据损失成本结合天气预报数据判断是否发送清洗指令。

参见图2，其中，第一光伏组件11和第二光伏组件12为大小、形状相同的太阳能电池片，其安装位置、角度等都保持一致，以便对照。在满足被监测数据的条件下，第一光伏组件11和第二光伏组件12并联给蓄电单元40充电，蓄电单元40可自带充放电控制器，由充放电控制器控制蓄电池的充放电，以保证蓄电池不过充、不深度放电，保证蓄电池使用寿命。

第一喷淋单元50设置于第一光伏组件11顶部或侧部，用于向第一光伏组件11喷洒清洗水。其包括管路和水喷头(图中未示出)，该管路可连接市政自来水管或利用已经敷设于屋面的水清洗系统。该第一喷淋单元50的管路末端安装至少一个微喷的水喷头，管路进水端安装有电磁阀，用于控制打开或关闭管路。该电磁阀由蓄电单元40供电。

该雨刮单元60包括两个雨刮器61以及与之连接的电机，所述两个雨刮器61与第一光伏组件11相互适配，所述两个雨刮器61分别安装于第一光伏组件11的顶部和侧部，该两个雨刮器61由电机控制执行清洗动作。两个雨刮器布局不限于此，还可安装于第一光伏组件11的两侧或者安装于底部和侧部，即该两个雨刮器分别安装于第一光伏组件11的相邻两侧，两个雨刮器61分别压贴于第一光伏组件表面，电机驱动两个雨刮器61刮擦第一光伏组件11表面，进一步的，在第一光伏组件11表面被喷水后，电机驱动两雨刮器61呈1/4扇形面积刮擦第一光伏组件11。

进一步的，所述第一光伏组件和所述第二光伏组件为正方形，但并不限于此，根据使用场景不同，也可以为长方形、五边形或者其他，即第一光伏组件和第二光伏组件均为多边形。在第一光伏组件11的相邻两侧有空白区62；其中，预留的空白区62域是用于停靠雨刮器61，使雨刮单元在未工作状态不会遮挡光伏组件内电池片的采光，即所述两个雨刮器61未工作状态分别停靠于所述空白区62，所述空白区62的宽度大于所述雨刮器61的宽度。

清洗控制电路30可采用带有定时、延时功能的控制器，根据预设的时间间隔控制清洗第一光伏组件11，先控制第一喷淋先动作，随后两个雨刮单元再分先、后动作。清洗控制电路30可以是市售PM4H-A，其可设置多量程定时，可以实现定时和延时启动的功能。

定时清洗原理如下：

清洗控制电路30控制第一喷淋单元50的电磁阀打开，则管道末端微喷的水喷头向第一光伏组件11喷洒清洗水。

同时，控制雨刮单元60的其中一电机工作，对应的雨刮器在第一光伏组件11表面玻璃上贴合，并呈四分之一圆扇面运行刮水，对第一光伏组件11的表面玻璃局部进行数次刮擦，停止归位；随后控制另一电机工作，使对应的雨刮器对第一光伏组件11的表面玻璃局部进行数次刮擦。

往复循环上述两组雨刮器的先后动作，待循环两至三次后，这一清洁过程完毕，清洗控制电路30复位等待下次接收指令再被激活运行。例如：再次被激活的时间间隔设定为7:00至19:00时段，每30分钟或2小时一次。

采集单元20可采用直流电压电流采集模块，分别采集两组光伏组件的最大开路电压和电路电流，例如可采用NX100D-T，其具有8路独立AD同步采样。

参见图1，本发明还设置有第一切换开关21和第二切换开关22，该第一切换开关21用于切换第一光伏组件11与采集单元20或蓄电单元40之间的连通，该第二切换开关22用于切换第二光伏组件12与采集单元20或蓄电单元40之间的连通。即对于第一切换开关21，当要采集信号时，控制第一切换开关21接通第一光伏组件11和采集单元20之间的回路，当要对蓄电单元40进行充电时，控制第一切换开关21接通第一光伏组件11和蓄电单元40之间的回路。第二切换开关22与第一切换开关21同步动作。

具体的，该第一切换开关21和第二切换开关22可采用单刀双掷开关或电磁继电器等常用的开关实现，或者第一切换开关21和第二切换开关22可采用一个双刀双掷开关实现。该第一切换开关21、第二切开关22可由采集单元20控制，则采集单元可同时、同步、实时的采集两组及以上光伏组件的电压、电流等特征数据。

本发明中，通信单元80用于将采集到信息、灰尘的堆积程度Dj等，发送至监控平台90或其他终端设备。该通信单元80可采用WIFI模块、RS485模块、433M模块、以太网模块或RTU数据模块中的一种或多种，以满足不同数据传输要求。

本发明的监控平台90，接电压和电流等数据，根据前文的决策方法计算灰尘的堆积程度和损失成本，根据灰尘的堆积程度判断是否发送清洗完毕指令或报警信息，或者根据损失成本结合天气预报数据判断是否发送清洗指令。

该监控平台90还包括如下功能模块：

数据储存模块，将接收到的电流、电压的、灰尘堆积程度等信息进行分类和保存。

历史数据查询模块，用户可调出过去的某一月、某一天甚至某一时刻的数据，进行查看，也选择只查看某一天的清洗时刻。

曲线分析模块，将所有数据汇总成灰尘堆积程度-光伏组件发电性能降低率，随日期(天、周、月)的变化曲线，便于用户观察。

数据导出功能，用户可将数据调出显示至手机APP等其它终端或平台，也可根据需要进行打印。

指令联动模块，配合光伏电站屋面的喷淋单元和排水装置100的使用，在判断为需要清洗时，可启动光伏组件清洗系统，实现自动清光伏组件表面灰尘。

灰尘的积灰程度提示模块，将未满足清洁条件下，得到的积灰长度Dj又超过预设的积灰长度阈值时，发出提示信息或报警信息。

可编程微调模块，对系统所设参数，可根据实际情况进行模型参数修正、调整，以更好地适应实际应用环境。

本发明的系统，能实现光伏电站的光伏组件表面灰尘监测和清洗时机的智能决策等。

参见图5至图9，本发明还提出一种光伏组件清洗系统，基于上述的光伏组件清洗决策方法或光伏组件监测系统，其还设有若干光伏组件10，还包括第二喷淋单元等。该第二喷淋单元布设于光伏组件10和第二光伏组件周围，用于接收清洗命令控制开启对光伏组件10和第二光伏组件12的喷淋，或者接收清洗完毕命令控制关闭对光伏组件10和第二光伏组件12的频率喷淋。

其中，第二喷淋单元包括喷淋管道161、若干升降喷头162和至少一智能控制阀165，喷淋管道161布设于若干光伏组件10外周，该若干升降喷头162安装于喷淋管道161上，该智能控制阀165安装于喷淋管道161，其可接收清洗指令或清洗完毕指令。该智能控制阀可采用智能电磁阀，其为集成有电池、无线通讯模块和控制器的电磁阀等，例如：COCON IEV系列智能电磁阀。

具体的，该若干光伏组件10为安装于光伏电站的屋顶上，均匀倾斜分布，可分为若干行，每行具有若干列，每列具有多个光伏组件10。该喷淋管道161设有连通的主管和若干支路，主管上设置智能控制阀165。光伏组件的每行对应一支路，每个支路设有若干分支，分支对应光伏组件的至少一列(优选为两列)，每个分支上设有至少一个升降喷头162。

参见图9、图10，该升降喷头162可采用常规的结构，包括壳体163和升降头164，该升降头164安装于壳体163内，且可在水压的作用下相对壳体163上升并旋转，从而实现旋转喷淋。

进一步的，还包括排水装置100，该排水装置100安装于光伏组件10底侧。光伏组件10包括太阳能电池片14和包住太阳能电池片14四周的边框13。该排水装置100包括依次连接的上横向部分110、中间部分120和下横向部分130，该排水装置100内表面设有水槽，该水槽从该上横向部分110的前端一直延伸到该下横向部分的末端，该水槽是多个并且沿该排水装置宽度方向并排设置，该排水装置100扣接在光伏组件10的边框13上，该水槽靠住该边框13表面的部分与该边框13的表面围成毛细吸水管道。排水装置100的结构不限于此。

由于太阳能电池片14水平下端边框的水表面张力作用，水便会进入毛细吸水管道前端，经上横向部分110、中间部分120、下横向部分130排出、或者经上横向部分110、中间部分120的排水口排出，效率较高，且无需人工操作，可以适应不同雨量的积水。

本系统中，可根据光伏电站现场的实际运行的环境情况，选择在不同屋面，同一屋面的不同区域放置一套或多套监测系统进行监测，并设置对应的智能控制阀165。比如：某厂房屋面朝向物流货场，与其他屋面的灰尘污染环境情况不同；又或者某车间厂房的某工段属于打磨工区，对应该工区的屋面，可能会因有少量粉尘飘逸至屋面，对该部分区域的光伏组件有污染，则该区域范围内可增加装设监测装置，该监测装置对应智能电磁阀控制该部分区域的清洗管路。其他环境区域设置统一监测的装置，配对安装相应的智能电磁阀，控制其他区域的清洗管路。多套智能电磁阀通过编号组网，与相应的监测装置配对，可实现大面积监测清洗与局部监测清洗的完美组合。本系统工作原理如下：当智能控制阀165收到清洗命令时，开启喷淋管道161，来自市政自来水流经喷淋管道161送至升降喷头162，升降喷头162的升降头164上升并旋转喷淋，形成雨帘，水流至清洗光伏组件10表面即第二光伏组件12表面，溶解光伏组件表面的灰尘，水灰混合物经排水装置100顺畅地排出，确保边框13侧面的干燥，清洗过程中，当监控后台监测到第二光伏组件12的积灰程度小于清洁阈值，即表示第二光伏组件12和其所代表的光伏电站其他光伏组件10的表面已清洗完毕，则发送清洗完毕指令至智能控制阀165，智能控制阀165控制喷淋管道161关闭。

实施例二

一种光伏组件灰尘清洗决策方法、监测系统和清洗系统，其主要步骤和结构与实施例一相同，区别在于：第一光伏组件11与第二光伏组件12串联。在光伏组件监测系统中，其设置一个切换开关23，连接于第一光伏组件11和第二光伏组件12之间。参见图10，该第一光伏组件11和第二光伏组件12分别与采集单元20相连。蓄电单元40一端与第一光伏组件11一端相连，另一端与第二光伏组件12一端相连，该切换开关23连接于第一光伏组件11另一端和第二光伏组件12另一端之间。

该切换开关23可由采集单元20控制，当切换开关断开时，采集单元20可检测第一光伏组件11和第二光伏组件12的开路电压和短路电流，当切换开关接通时，第一光伏组件11和第二光伏组件12对蓄电单元40进行充电。

该实施例中，参见图11，也可在第一光伏组件11和第二光伏组件12的该另一端分别串联一电阻24，当切换开关断开时，采集单元20可检测第一光伏组件11和第二光伏组件12的工作电压和工作电流。将该工作电流和工作电压分别替代开路电压和短路电流，灰尘的堆积程度Dj计算公式保持不变，同样能得到第二光伏组件12灰尘的堆积程度。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种光伏组件灰尘清洗决策方法，其特征在于：预先设置第一光伏组件和第二光伏组件，二者同条件放置于光伏电站，定时对第一光伏组件进行清洗，其余步骤如下：

1)分别采集第一光伏组件的电流和电压，第二光伏组件的电流和电压，进行计算得到灰尘的堆积程度Dj；

2)根据灰尘的堆积程度Dj计算光伏电站的发电量损失Qs，根据发电损失进一步计算损失成本Cs；

3)将损失成本Cs与光伏电站的清洗费用Cc相比，若损失成本Cs大于清洗费用Cc时，进入步骤4)；若否，则将堆积程度Dj与预设的积灰度阈值进行比较，若超过积灰度阈值，则发送报警信息，若否，则回到步骤1)；

4)获取天气预报数据，根据降水量计算未来降水数值的期望值Re，若期望值Re小于预设的雨量阈值，则发送清洗指令；若否，则回到步骤1)。

2.如权利要求1所述的一种光伏组件灰尘清洗决策方法，其特征在于：步骤1)中，所述电流为短路电流，所述电压为最大开路电压；所述灰尘的堆积程度Dj计算公式如下：Dj＝((Voc1-Voc2)/Voc1+(Isc1-Isc2)/Isc1)/2×100％，其中Voc1、Isc1分别为第一光伏组件的最大开路电压和短路电流，Voc2、Isc2分别为第二光伏组件的最大开路电压和短路电流；该步骤中，还可判断灰尘的堆积程度Dj是否小于清洁阈值，若是，则发出清洗完毕指令。

3.如权利要求1所述的一种光伏组件灰尘清洗决策方法，其特征在于：步骤2)中，所述总发电量损失，为光伏电站未来15天的理论发电量损失Qs＝P0×f×H0×15/365×Dj，H0为光伏电站所在地的年有效发电小时数，P0为光伏电站装机功率，f为光伏电站的系统效率。

4.如权利要求1所述的一种光伏组件灰尘清洗决策方法，其特征在于：步骤2)中，所述损失成本Cs＝Qs×p，p为光伏电站所发电量销售的综合电价。

5.如权利要求1所述的一种光伏组件灰尘清洗决策方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述期望值Re＝S×Maxs(Rs，Rm，Rh)+M×Maxm(Rs，Rm，Rh)+L×Maxl(Rs，Rm，Rh)，其中，S、M、L分别为未来短、中、长期降水概率，Maxs()表示短期值内最大的降水量，Maxm()表示中期值内最大的降水量，Maxl()表示长期值内最大的降水量，Rs，Rm，Rh分别为小雨降水量、中雨降水量和大雨降水量。

6.一种光伏组件灰尘监测系统，其特征在于：包括第一光伏组件、第二光伏组件、采集单元、清洗控制电路、蓄电单元、第一喷淋单元、雨刮单元、通信单元和监控平台；该第一光伏组件和第二光伏组件同等条件放置且分别与蓄电单元相连以对其充电；该采集单元与第一光伏组件和第二光伏组件相连以采集电压和电流；该喷淋单元和雨刮单元安装于第一光伏组件上；清洗控制电路与蓄电单元、喷淋单元和雨刮单元相连以控制定时清洗第一光伏组件；通信单元与采集单元相连以发送电压和电流；该监控平台通信单元采集通信，根据电压和电流，计算灰尘的堆积程度和损失成本，根据灰尘的堆积程度判断是否发送清洗完毕指令或报警信息，或者根据损失成本结合天气预报数据判断是否发送清洗指令。

7.如权利要求6所述的一种光伏组件灰尘监测系统，其特征在于：所述第一光伏组件和第二光伏组件并联，还包括第一切换开关和第二切换开关，该第一切换开关用于切换第一光伏组件与采集单元或蓄电池之间的连通，该第二切换开关用于切换第二光伏组件与采集单元或蓄电池之间的连通；或者所述第一光伏组件和第二光伏组件串联，还设有切换开关，该切换开关连接于第一光伏组件和第二光伏组件之间。

8.如权利要求6所述的一种光伏组件灰尘监测系统，其特征在于：所述第一光伏组件、第二光伏组件均为多边形，所述雨刮单元设有两雨刮器以及与之连接的电机，所述两雨刮器与所述第一光伏组件相互适配，该两雨刮器分别压贴于第一光伏组件的相邻两侧，电机驱动所述两个雨刮器刮擦第一光伏组件表面，所述第一光伏组件的相邻两侧还设有空白区，所述两个雨刮器未工作状态分别停靠于所述空白区。

9.一种光伏组件灰尘清洗系统，设有若干光伏组件，其特征在于：还包括第二喷淋单元该第二喷淋单元布设于光伏组件和所述第二光伏组件周围，接收权利要求6至8中任一项所述的光伏组件监测系统的清洗命令或清洁完毕命令开启或关闭对光伏组件和第二光伏组件的喷淋。

10.如权利要求9所述的一种光伏组件灰尘清洗系统，其特征在于：所述第二喷淋单元包括喷淋管道、若干升降喷头和至少一智能控制阀，喷淋管道布设于若干光伏组件外周，该升降喷头安装于喷淋管道上，该智能控制阀安装于喷淋管道上。

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