图2：集成化人工清洗技术

一般情况下，人工清洗每季度进行一次，对于大型地面电站每次清洗大约需要1～2个月的时间，该方法的单次成本最低，目前成本约1500~3000元/MW（西部地区略低），但工作效率低、清洗周期长，经常存在电站尚未全部清洗完，又被再次污染的情况，对电站发电量的提升一般不超过2%。

人工清洗的最大缺点是组件清洗的洁净程度严重依赖施工人员的责任心，无法有效控制。

二

机械清洗技术

目前，机械清洗技术可分为：1）单排清洗、2）多排清洗、3）大幅面清洗等三种方案。

1. 单排清洗技术

单排清洗技术是指设备仅能完成一排组件的清洗，而无法进行越排。该技术已广泛应用于各类光伏电站，是市场上存量机型最多的技术。

根据清洗方式的不同，单排清洗设备通常可分为三大技术流派。

图3：Ecoppia清洗机器人

上图是以色列Ecoppia清洗机器人，其典型特点是行走方向与清洗方向正交，机器人在行走方向上断续运行。

机器人的横向行走轮沿组件的边框或专用导轨行走至未清洗的组件时停车，纵向行走清洗装置启动，通过超细纤维毛刷旋转，辅以气流吹扫，将积灰由上到下进行清洗，清洗完毕后机器人行走至其他未清洗的组件。

该产品主要应用于沙尘较大的中东和沙漠地区，价格昂贵，随着国内清洗机器人的兴起，该产品已基本退出国内市场。

图4：南京索能多思的清洗机器人

南京索能多思的设计方案独特。该产品的典型特点是驱动电机的电源取自所在的光伏阵列且固定在阵列的某一端，清洗部分固定在钢丝绳上，无需自主转动，依靠钢丝绳的拖动前行。

该款产品对大幅面光伏阵列的适用性较大、价格低廉，无论是地面电站还是分布式屋顶电站都有很大的价格优势；缺点在于钢丝绳容易出现打滑、预紧力丢失等从而造成设备上下行走不协调甚至钢丝绳崩断的问题。

第三种技术是目前的主流技术，代表厂家由山东豪沃、南京天创、上海安轩、中电博顺等。

图5：清洗机器人

该机器人的四个行走轮沿组件边框行走，清洗部分的毛刷转向与行走轮的行进方向相反，在毛刷转动过程中先将积灰从组件表面掸起，然后借助毛刷的冲击和旋转气流的共同作用下将灰尘驱赶至组件缝隙处脱落。

该类型的机器人应用了多种传感器技术，既要感知机器人的位置，同时也要感知机器人行走轮、电池、毛刷等的工作状态，与其他产品相比控制系统相对比较复杂，且容易因行走不协调导致机器人“卡死”。

2、多排清洗技术

多排清洗技术也可分为三种类型。

第一种是车载清洗设备，在完成一排组件的清洗后，由工程车将设备运送至下一排组件，该技术多采用有水清洗，清洗装置安装在工程车上，车内自带水箱和水泵。典型的代表如：青岛昱臣、重庆太初等。

该类型的产品价格昂贵、体型笨重，无法应对复杂的地形地貌，主要适用于西北部地势相对平坦的光伏电站，而该类地区水源又相对缺乏，由于无法做到随时清洗，清洗频率较低，因此有一定的局限性。

图6：清洗装置与工程车一体化

第二种技术为“摆渡车式”跨排清洗技术，该技术尚未成熟，但国内多个厂家都在对该方面的技术进行深入研究。

目前，该类设备在分布式电站上已展开应用，在地面电站项目上还处于样机试验阶段，主要原因在于分布式电站的屋面相对平整，适合布置轨道，而地面电站所处的环境和地形地貌复杂多变，不做场平时难以大面积铺设轨道。

图7：跨排清洗的样机

第三种技术的清洗机器人的本体可实现自主转向，在越排时完全摆脱了对摆渡车的依赖。目前仅有极少数厂家掌握该技术，样机已在分布式屋顶电站项目上使用。

此外，由于平单轴系统地面电站的结构特殊性，通过巧妙的结构设计和控制方法，轨道可整体悬空架设，避免了地表对轨道的影响，目前该技术也已展开相关样机试验工作。

3、大幅面清洗技术

有些大型分布式电站项目的组件排布密集，未预留足够的维修通道，因此阵列宽度一般较大（通常在10米甚至更多）。

单排和多排清洗设备都因组件间的间隙过小，限位轮无足够的安装空间而无法使用。

大幅面清洗技术的机器人通过行走轮的转速差来实现机器人的转向，清洗方法与其他单排清洗技术类似。

该技术的清洗机器人厂家有日本Sinfonia、荷兰的Scrobby等，国内近1-2年也对该类型的产品展开的研究，并由一些厂家推出了样机，如深圳创动、深圳晟鑫等。

该类产品的缺点是电池容量不足，单次仅能清洗0.8MW左右，无法一次性清洗整个电站。此外，机器人清洗期间仍需要人工遥控指挥，智能化水平有待提高。

图8 ：荷兰Scrobby和日本Sinfonia机器人

三

不同清洗方法对比

1、技术适用性对比

上述组件清洗技术，每一种方法都有各自的局限性，由于各地区电站的积灰、水源和地形地貌差异较大，因此组件清洗方式也应因地制宜。各清洗方法的优缺点对比如下。

表1：各种清洗方法的优缺点对比

2、经济性对比

表2：各种清洗方法清洗周期与费用对比

以潍坊某分布式项目为例

在2017年9月11~10月17日采用清洁机器人对组件进行了清洗试验，机器人间隔2天对组件清洗一次，作为对比的组件则未进行任何清洗。

对比发现：

1）在9月20号之前，发电量的提升都在10%以下，但在缓慢上升，这是因为组件表面的积灰较多，清洗机器人无法一次清洗干净，在多次清洗后，组件表面基本无积灰，发电量的提升逐渐维持在20%附近。

2）在37天的统计区间内，发电量平均提升18.18%，其中9月28～9月30日发电量提升40%，10月1日起恢复至20%附近，这主要是因为9月28～9月30日大气污染较为严重，10月1日起产生了有效降雨。

图9：发电量提升比例变化曲线

收益测算时作前提：

1、该项目清洗范围按照7.7MW核算，潍坊地区首年有效利用时数为1070小时（平铺），设备总投入为154万元（0.2元/W），光伏电站的上网电价为1.02元/度，考虑降尘量的季节变化，全年发电量提升按照8%核算。

2、采用机器人清洗后，可节省人工清洗的成本，假设人工清洗频率为4次/年，人工成本为2500元/MW/次，每年可节省人工成本约7.7万元。

经计算，得出如下结论：

以清洁机器人使用5年为例，设备的一次性投入在第25个月即可收回，剩余35个月是净收益，假设设备故障、检修等占用比例约10%，则5年内的净收益：（73.6+72.3+70.5+68.3+65.7-154）×（1-10%）=176.85万元，年投资回报率约为23%。

四

技术发展动向

组件清洗机器人的发展方向主要体现在以下几个方面：

1、市场细分明显

设备厂家开始针对不同形式的电站开发不同的机型，目前市场细分为大倾角电站、平铺式电站、大联排平铺式电站、平单轴跟踪系统电站等；

2、技术的差异化加大

主要体现在零部件选材与制作工艺、毛刷、驱动方式、充电方式、越障能力的实现等方面；

3、多维服务的融合

清洗机器人配置专用相机，在清洗的同时完成组件的热斑检测，或与无人机相结合，实现电站的巡检、检测、安全检查等运维服务。

来源：智汇光伏

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