大气灰尘是影响太阳能发电效率的关键因素之一 ,灰尘污染会大幅降低光伏电站发电量, 估计每年至少在5%以上, 如按照2020年全球装机量预计将达到500GW左右计算, 每年因灰尘降低发电量而造成的经济损失将高达50亿美元。随着电站装机量的不断增长, 这一损失会愈发严重—2030年全球装机总量约1400GW时, 灰尘造成的经济损失预计将高达130亿美元。

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温度影响

目前光伏电站较多使用硅基太阳电池组件, 该组件对温度十分敏感, 随灰尘在组件表面的积累, 增大了光伏组件的传热热阻, 成为光伏组件上的隔热层, 影响其散热。研究表明太阳能电池温度上升1℃, 输出功率约下降0.5%。且电池组件在长久阳光照射下, 被遮盖的部分升温速度远大于未被遮盖部分, 致使温度过高出现烧坏的暗斑。正常照度情况下, 被遮盖部分电池板会由发电单元变为耗电单元, 被遮蔽的光伏电池会变成不发电的负载电阻, 消耗相连电池产生的电力, 即发热, 这就是热斑效应。此过程会加剧电池板老化, 减少出力, 严重时会引起组件烧毁。

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遮挡影响

灰尘附着在电池板表面, 会对光线产生遮挡, 吸收和反射等作用, 其中最主要是对光的遮挡作用。灰尘颗粒对光的反射吸收和遮挡作用, 影响光伏电池板对光的吸收, 从而影响光伏发电效率。灰尘沉积在电池板组件受光面, 首先会使电池板表面透光率下降;其次会使部分光线的入射角度发生改变, 造成光线在玻璃盖板中不均匀传播。有研究显示在相同条件下, 清洁的电池板组件与积灰组件相比, 其输出功率要高出至少5%, 且积灰量越高,组件输出性能下降越大。

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腐蚀影响

光伏面板表面大多为玻璃材质, 玻璃的主要成分是二氧化硅和石灰石等, 当湿润的酸性或碱性灰尘附在玻璃盖板表面时, 玻璃盖板成分物质都能与酸或碱反应。随着玻璃在酸性或碱性环境里的时间增长, 玻璃表面就会慢慢被侵蚀, 从而在表面形成坑坑洼洼的现象, 导致光线在盖板表面形成漫反射, 在玻璃中的传播均匀性受到破坏, 光伏组件盖板越粗糙, 折射光的能量越小, 实际到达光伏电池表面的能量减小, 导致光伏电池发电量减小。并且粗糙的、带有粘合性残留物的黏滞表面比更光滑的表面更容易积累灰尘。而且灰尘本身也会吸附灰尘, 一旦有了初始灰尘存在, 就会导致更多的灰尘累积, 加速了光伏电池发电量的衰减。

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灰尘清洁理论分析

户外放置的光伏组件玻璃表面会俘获和积累灰尘颗粒, 形成阻挡光线入射电池片的灰尘覆盖层。重力、范德瓦尔斯力、静电场力均对灰尘积累产生贡献。灰尘颗粒不仅与光伏玻璃表面有力的作用, 颗粒之间也存在互作用。对灰尘进行清洁就是将灰尘从电池板表面移除。移除电池板表面灰尘要克服灰尘与电池板间的粘附作用力。电池板上灰尘有一定厚度, 对其进行清洁时, 可对其施加平行负载、与电池板呈一定夹角 (或垂直) 的负载或对灰尘层施加旋转力矩 , 破坏灰尘与电池板间的粘附作用, 进而移除灰尘。

q—平行与电池板的负载;F—与电池板有一定夹角或垂直的负载;M—对灰尘层施加的旋转力矩

对于灰尘颗粒移除要克服灰尘颗粒切向粘附力和法向粘附力, 法向粘附力即为灰尘颗粒与电池板间的粘附力, 切向粘附力相对很小一般可忽略。若从垂直方向移除灰尘则仅需要克服法向粘附力, 例如用水清洁, 将灰尘颗粒润湿的过程, 主要克服法向粘附力。水清洁时主要使得分子间间距增大减小范德华引力和产生浮力作用, 克服灰尘颗粒粘附受力的范德华力和重力。水中加入表面活性剂使得效果更明显, 而且还会产生较强的静电力使得灰尘从电池板上移除。灰尘颗粒与电池板相对运动时还要克服切向粘附力。