排水除泥 – 小创意，解决边框积灰大问题
【编者按】光伏组件表面最常见的污染就是组件下端由于边框与玻璃的台阶阻水导致边缘的积灰，不仅电站常见，彩钢瓦工商业屋顶、光伏阳光房等由于安装倾角低，积水积灰更为严重。而近日TestPV了解到，一个小小的创意，半年回本十倍收益，帮助组件边缘彻底排水除泥，解决了边框积灰的大问题，增加了发电量，延长组件寿命，成为电站运维降本增效最强音。
一、无处不在的积灰现象
我们经常会在电站中注意到，明明组件的其它地方灰尘不多，组件下端的边框处却总是有大量积灰，有的形成泥带，完全遮挡了电池片，造成局部发电量下降严重。
不知道还有多少人记得这个视频：
造成组件下端积灰、泥带的原因很简单，因为下雨或是对组件表面进行清洗维护，组件表面冲刷了积灰的污水会沿组件向下端流动，而由于组件边框比玻璃会高出1-2毫米，总有部分积水无法越过边框。积水晒干或风干后，里面的灰尘就会结在表面，很难被冲刷掉，日积月累形成泥带。由于泥带和玻璃表面又形成高度差，在下次降雨时积水区域会更大，脏污区域会不断变大。
对于倾角低的阵列或是屋顶电站，泥带更为明显。
二、边框泥带轻则发电少，重则火灾！
组件边框处的泥带形成后，将遮挡阳光入射，让受遮挡的电池片无法发电。对组件将形成热斑、PID、AR减反膜受损，进而明显降低光伏电站的发电量、加速组件老化，甚至造成火灾事故，具体表现在：
1. 降低组件发电量
组件下沿泥带通过遮挡了入射光线，该区域电池片发电量将明显减少。由于组件中的电池片纵向是串联的，受影响的电池片将直接导致该串电池片电流、电压的整体下降，从而影响了整串、整块组件，进而整个串联阵列的组件功率和发电量。
因而， 业内早就有☞☞不同组件排列方式对发电量的影响讨论，认为组件横排方式会比纵向排列发电量更高。其基本思路就是纵向排列会让六串电池都受影响，而横向排列只会影响到其中1-2串。
2. 造成局部热斑、火灾
由于组件下沿泥带遮挡入射光，该区域的电流明显小于其他非泥带区域，造成泥带区域的热斑效应，而热斑效应轻则影响电池寿命，重则造成局部温度过高并最终导致火灾。
3. AR减反膜氧化形成彩虹带
一般组件正面玻璃都会采用AR减反镀膜玻璃。由于组件下沿泥带的形成，造成的热斑效应让局部玻璃温度升高，同时泥带中的杂质和玻璃中的钠盐在高温下对镀膜形成损伤，肉眼会看到无法恢复的“彩虹纹”，即便将泥带冲洗干净，该区域的光透射率也会衰减。
此外，对顽固的泥带进行冲、刷也可能会对AR膜造成物理机械性损伤。
4. 泥带区更容易产生PID
TestPV在2014年就分析过☞☞不同接地方式对组件PID的影响。户外发生PID的组件其EL图像会有三种表现形式：
其中组件下端的PID一般就是因为组件下端更易积灰，杂质离子比组件表面其它部位更多，与玻璃表面边框之间的电阻降低，漏电流增大，从而造成该区域电池片更容易产生PID衰减。
5. 泥带区更容易积聚油污
一般工商业屋顶都建在工业区或交通繁忙的地方，局部区域空气中的汽车尾气、工业废气、锅炉燃油等有机物浓度较高，容易积聚在组件表面的积灰处。而降雨更是加剧了有机物在积灰处的积累，并集中在边框处的泥带上，附在泥带下的玻璃表面。长期结果就是该区域形成油污，特别难以清洗。上述第三点的彩虹带在部分地区就表现为油污。
三、边框积灰常见的解决方法及不足
此前TestPV结合业内人士意见整理探讨过彩钢瓦屋顶低角度积灰问题的几种解决方案，包括：
1）增大组件的安装倾角，
增大安装倾角可以让组件下沿不易积水，组件表面的积水、积油更容易流出。然而在平铺的彩钢瓦上很难实现，很多屋顶、以及南方地区的地面电站组件的倾角都相对较小，甚至小于3度，增大倾角很难实现；
2）在组件边框上开槽
这种办法对在边角上开槽，可以让水更容易流出组件边缘，对减少积水、积油和积灰很有帮助。但是开槽后必然影响到边框的强度，进而影响组件的机械载荷，如果业主自行开槽，就得不到组件厂的质保。而组件重新做认证或许要用更强更高成本的边框。靠角上开槽解决整条下沿边框的积灰会对整个组件的设计尤其是会对层压件封装带来更高的要求。
3）使用无边框组件
大家熟知的双玻组件就是无边框组件，双玻组件此前宣传的最大优势就是不易积水、积油和积灰。但事实上，由于无框设计会影响到双玻组件的安装、边角抗撞击等，很多电站都要求双玻组件带边框，或是带小边框。而且，双玻组件仍不是主流，目前在存量电站中的比例很少，存量光伏电站和单玻组件（包括透明背板双面组件）仍无法避免边框问题。
还有一些其它的方法，也是由于技术、成本、区域限制等问题无法得到推广。
如此看来就没有一种完美的解决方案吗？
TestPV也一直对该问题进行关注，通过一个偶然的契机了解到，一个小小的创意，竟然让边框泥带运维难题迎刃而解，而且成本极低，收益巨大。
四、排水除泥 - 扫除一切减电灰
组件积灰积水、积油、积灰，最直接的办法当然是用清扫的方式对电站进行运维。然而电站清扫并不能随时随地进行，特别是工商业彩钢瓦屋顶，有些连爬上去都很难，高处作业的风险，加上人工清扫的成本，让很多业主甚至放弃了运维。对于已经形成的泥带或油污，清洗更需要额外的成本和精力。
而形成了泥带和油污的工商业屋顶电站，不只是损失了发电量，发电不稳定会造成供电波动，热斑更会造成组件高温诱发火灾而导致财产损失。
这里要介绍的除水排泥，用的并不是清扫，是我们在多年的电站运维清扫中产生的一个小小创新 – 一种无需运维的光伏组件自动排水除泥器。
可以看到的是，只需将一个小零件安装在光伏组件上，并未对组件安装做多大的调整，也不需要太大的成本，困扰多年的组件积水、积油和积灰问题就这样轻松解决了。
再看下面这个视频，对于积水积灰严重的低倾角组件安装，导水排泥的效果是不是很明显？
这个创新的原理是：光伏组件除水排泥器安装在组件下沿边框处，通过高分子材料的亲水性基团，破坏积水区表面的水面张力，将下沿边框处的水、有机物和灰尘在水积聚的过程中及时地引导其翻越边框而流出，从源头上（在积水形成阶段）解决了组件下沿边框处的积水、积油和积尘问题。
在对光伏电站进行实证对比后发现，安装排水除泥器后的组件下沿边框积水、积油和积灰情况随着降雨很快消失，组件发电量明显增加。
在对西北地区一屋顶电站进行的实证试验中，研究人员选取了安装排水除泥器的3支路和未安装排水除泥器的12支路，记录安装前15天和安装后16天的阵列电流值。
数据统计分析如下：
从分析结果可以看出：
1. 未安装除水排尘器的两个支路15天内的阵列电流值非常相近
2. 3支路安装除水排尘器后16天内平均电流值比未安装的12支路高6.15%
3. 安装除水排尘器的3支路平均电流后16天比安装前15天高6.87%
4. 扣除12支路后16天平均电流略高的因素，6.15%的差异是一致的！
此外，安装了排水除尘器后的3支路在经过下雨天后，发电量增益呈上升趋势，第16天的发电量增益高达10.46%!
从图中也可以看出：安装排水除泥器的支路的日均电流值明显高于没有安装的，下雨后会增益尤为明显，不下雨时随着积灰的增加，增益会有所下降，但再下雨后，电流增益会上升更快、更高！
这还没有计算没有遮挡的电池片其开路电压将更高，电池串和整块组件、整个阵列将有更高的电压值。
五、材料虽小，研究很深
从视频和图片中可以看出，这项创新产品只是一个很小的金属卡扣加上一个高分子材料片，貌似没啥稀奇。
但本着大道至简的原则，在产品的设计过程中研发人员一直不断地简化产品，其目的就是让电站业主前期的投入成本更低，后期运维简单，收益却更大。
实地测试发现，西北地区安装上该产品以后，通过实验室和室外试验站的数据实测，最快的3-6个月左右就能收回成本，而其使用寿命是六年。
千万别小看了这个小创意，就像汽车一样，外观上看就是四个轮子一个外壳，其核心在其工作原理和材料的研发。新产品刚面世时结构比较复杂，来自中科院、兰州大学和我们的研发团队历时3年，历经5000多次实验，不断优化结构、合理选材，最终确认最优形状和方案。目前的成品价格仅是初期的十分之一，为电站业主带来了可观的降本增效。
在材料的选型上，不仅要符合设计原理，能够达到设计的效果，还要能够满足户外应用。户外应用尤其是使用寿命对于高分子材料来说就是个考验，通过实验室测试，该材料在西北地区有六年或更高的使用寿命，质保四年内如有质量问题，免费提供新材料更换。
TestPV了解到，该设计是国内外首次提出使用高分子材料的亲水性原理解决光伏组件下沿泥带问题，目前已申请国家发明专利，并在户外电站应用中经历了夏天的高温和冬天的低温实证，排水除泥效果依然很好。
六、泥带顽垢 无处不在
在华北、西北风沙较大、降水少，雨后积尘多，使用排水除泥器效果在降雨后效果明显；而如果用在其它下雨多的地区，边框处积聚泥水的频率更高，使用导水排尘器的长期效果将更为明显。
高铁南京南站、江苏无锡、上海浦东等华东地区，广州、深圳等华南地区的组件边框泥带比起西北、华北地区一点都不逊色，甚至还有油泥。一则来自常州某工厂屋顶光伏电站的泥带视频如下：
而且如果使用在比西北地区气候更温和的区域，产品寿命可能更长，对于电站运维也更有意义。
【结语】
从2013国内开始大力发展光伏应用以来，国内分布式光伏发电站得到了飞跃式的增长，无论是户用、工商业屋顶，还是小规模地面电站。对于存量规模预计达10GW - 30GW的大量彩钢瓦屋顶也因没有历史经验遇到了低角度积灰问题，年发电量的损失在10%以上。长期积灰区域发电时温度过高，雨后放晴泥带区域水分蒸发的时间一般是非泥带区的数倍以上，在日照发电时降低了玻璃表面的绝缘电阻，极易产生PID，成了整个产品寿命的瓶颈，对25年的发电量保障是严峻的考验。
经验表明，有时组件表面的浮灰影响不大，组件下沿边框处的泥带才是发电量下降的罪魁祸首！
而定期清扫只治标不治本，亟需具有性价比
一、无处不在的积灰现象
我们经常会在电站中注意到，明明组件的其它地方灰尘不多，组件下端的边框处却总是有大量积灰，有的形成泥带，完全遮挡了电池片，造成局部发电量下降严重。
不知道还有多少人记得这个视频：
造成组件下端积灰、泥带的原因很简单，因为下雨或是对组件表面进行清洗维护，组件表面冲刷了积灰的污水会沿组件向下端流动，而由于组件边框比玻璃会高出1-2毫米，总有部分积水无法越过边框。积水晒干或风干后，里面的灰尘就会结在表面，很难被冲刷掉，日积月累形成泥带。由于泥带和玻璃表面又形成高度差，在下次降雨时积水区域会更大，脏污区域会不断变大。
对于倾角低的阵列或是屋顶电站，泥带更为明显。
二、边框泥带轻则发电少，重则火灾！
组件边框处的泥带形成后，将遮挡阳光入射，让受遮挡的电池片无法发电。对组件将形成热斑、PID、AR减反膜受损，进而明显降低光伏电站的发电量、加速组件老化，甚至造成火灾事故，具体表现在：
1. 降低组件发电量
组件下沿泥带通过遮挡了入射光线，该区域电池片发电量将明显减少。由于组件中的电池片纵向是串联的，受影响的电池片将直接导致该串电池片电流、电压的整体下降，从而影响了整串、整块组件，进而整个串联阵列的组件功率和发电量。
因而， 业内早就有☞☞不同组件排列方式对发电量的影响讨论，认为组件横排方式会比纵向排列发电量更高。其基本思路就是纵向排列会让六串电池都受影响，而横向排列只会影响到其中1-2串。
2. 造成局部热斑、火灾
由于组件下沿泥带遮挡入射光，该区域的电流明显小于其他非泥带区域，造成泥带区域的热斑效应，而热斑效应轻则影响电池寿命，重则造成局部温度过高并最终导致火灾。
3. AR减反膜氧化形成彩虹带
一般组件正面玻璃都会采用AR减反镀膜玻璃。由于组件下沿泥带的形成，造成的热斑效应让局部玻璃温度升高，同时泥带中的杂质和玻璃中的钠盐在高温下对镀膜形成损伤，肉眼会看到无法恢复的“彩虹纹”，即便将泥带冲洗干净，该区域的光透射率也会衰减。
此外，对顽固的泥带进行冲、刷也可能会对AR膜造成物理机械性损伤。
4. 泥带区更容易产生PID
TestPV在2014年就分析过☞☞不同接地方式对组件PID的影响。户外发生PID的组件其EL图像会有三种表现形式：
其中组件下端的PID一般就是因为组件下端更易积灰，杂质离子比组件表面其它部位更多，与玻璃表面边框之间的电阻降低，漏电流增大，从而造成该区域电池片更容易产生PID衰减。
5. 泥带区更容易积聚油污
一般工商业屋顶都建在工业区或交通繁忙的地方，局部区域空气中的汽车尾气、工业废气、锅炉燃油等有机物浓度较高，容易积聚在组件表面的积灰处。而降雨更是加剧了有机物在积灰处的积累，并集中在边框处的泥带上，附在泥带下的玻璃表面。长期结果就是该区域形成油污，特别难以清洗。上述第三点的彩虹带在部分地区就表现为油污。
三、边框积灰常见的解决方法及不足
此前TestPV结合业内人士意见整理探讨过彩钢瓦屋顶低角度积灰问题的几种解决方案，包括：
1）增大组件的安装倾角，
增大安装倾角可以让组件下沿不易积水，组件表面的积水、积油更容易流出。然而在平铺的彩钢瓦上很难实现，很多屋顶、以及南方地区的地面电站组件的倾角都相对较小，甚至小于3度，增大倾角很难实现；
2）在组件边框上开槽
这种办法对在边角上开槽，可以让水更容易流出组件边缘，对减少积水、积油和积灰很有帮助。但是开槽后必然影响到边框的强度，进而影响组件的机械载荷，如果业主自行开槽，就得不到组件厂的质保。而组件重新做认证或许要用更强更高成本的边框。靠角上开槽解决整条下沿边框的积灰会对整个组件的设计尤其是会对层压件封装带来更高的要求。
3）使用无边框组件
大家熟知的双玻组件就是无边框组件，双玻组件此前宣传的最大优势就是不易积水、积油和积灰。但事实上，由于无框设计会影响到双玻组件的安装、边角抗撞击等，很多电站都要求双玻组件带边框，或是带小边框。而且，双玻组件仍不是主流，目前在存量电站中的比例很少，存量光伏电站和单玻组件（包括透明背板双面组件）仍无法避免边框问题。
还有一些其它的方法，也是由于技术、成本、区域限制等问题无法得到推广。
如此看来就没有一种完美的解决方案吗？
TestPV也一直对该问题进行关注，通过一个偶然的契机了解到，一个小小的创意，竟然让边框泥带运维难题迎刃而解，而且成本极低，收益巨大。
四、排水除泥 - 扫除一切减电灰
组件积灰积水、积油、积灰，最直接的办法当然是用清扫的方式对电站进行运维。然而电站清扫并不能随时随地进行，特别是工商业彩钢瓦屋顶，有些连爬上去都很难，高处作业的风险，加上人工清扫的成本，让很多业主甚至放弃了运维。对于已经形成的泥带或油污，清洗更需要额外的成本和精力。
而形成了泥带和油污的工商业屋顶电站，不只是损失了发电量，发电不稳定会造成供电波动，热斑更会造成组件高温诱发火灾而导致财产损失。
这里要介绍的除水排泥，用的并不是清扫，是我们在多年的电站运维清扫中产生的一个小小创新 – 一种无需运维的光伏组件自动排水除泥器。
可以看到的是，只需将一个小零件安装在光伏组件上，并未对组件安装做多大的调整，也不需要太大的成本，困扰多年的组件积水、积油和积灰问题就这样轻松解决了。
再看下面这个视频，对于积水积灰严重的低倾角组件安装，导水排泥的效果是不是很明显？
这个创新的原理是：光伏组件除水排泥器安装在组件下沿边框处，通过高分子材料的亲水性基团，破坏积水区表面的水面张力，将下沿边框处的水、有机物和灰尘在水积聚的过程中及时地引导其翻越边框而流出，从源头上（在积水形成阶段）解决了组件下沿边框处的积水、积油和积尘问题。
在对光伏电站进行实证对比后发现，安装排水除泥器后的组件下沿边框积水、积油和积灰情况随着降雨很快消失，组件发电量明显增加。
在对西北地区一屋顶电站进行的实证试验中，研究人员选取了安装排水除泥器的3支路和未安装排水除泥器的12支路，记录安装前15天和安装后16天的阵列电流值。
数据统计分析如下：
从分析结果可以看出：
1. 未安装除水排尘器的两个支路15天内的阵列电流值非常相近
2. 3支路安装除水排尘器后16天内平均电流值比未安装的12支路高6.15%
3. 安装除水排尘器的3支路平均电流后16天比安装前15天高6.87%
4. 扣除12支路后16天平均电流略高的因素，6.15%的差异是一致的！
此外，安装了排水除尘器后的3支路在经过下雨天后，发电量增益呈上升趋势，第16天的发电量增益高达10.46%!
从图中也可以看出：安装排水除泥器的支路的日均电流值明显高于没有安装的，下雨后会增益尤为明显，不下雨时随着积灰的增加，增益会有所下降，但再下雨后，电流增益会上升更快、更高！
这还没有计算没有遮挡的电池片其开路电压将更高，电池串和整块组件、整个阵列将有更高的电压值。
五、材料虽小，研究很深
从视频和图片中可以看出，这项创新产品只是一个很小的金属卡扣加上一个高分子材料片，貌似没啥稀奇。
但本着大道至简的原则，在产品的设计过程中研发人员一直不断地简化产品，其目的就是让电站业主前期的投入成本更低，后期运维简单，收益却更大。
实地测试发现，西北地区安装上该产品以后，通过实验室和室外试验站的数据实测，最快的3-6个月左右就能收回成本，而其使用寿命是六年。
千万别小看了这个小创意，就像汽车一样，外观上看就是四个轮子一个外壳，其核心在其工作原理和材料的研发。新产品刚面世时结构比较复杂，来自中科院、兰州大学和我们的研发团队历时3年，历经5000多次实验，不断优化结构、合理选材，最终确认最优形状和方案。目前的成品价格仅是初期的十分之一，为电站业主带来了可观的降本增效。
在材料的选型上，不仅要符合设计原理，能够达到设计的效果，还要能够满足户外应用。户外应用尤其是使用寿命对于高分子材料来说就是个考验，通过实验室测试，该材料在西北地区有六年或更高的使用寿命，质保四年内如有质量问题，免费提供新材料更换。
TestPV了解到，该设计是国内外首次提出使用高分子材料的亲水性原理解决光伏组件下沿泥带问题，目前已申请国家发明专利，并在户外电站应用中经历了夏天的高温和冬天的低温实证，排水除泥效果依然很好。
六、泥带顽垢 无处不在
在华北、西北风沙较大、降水少，雨后积尘多，使用排水除泥器效果在降雨后效果明显；而如果用在其它下雨多的地区，边框处积聚泥水的频率更高，使用导水排尘器的长期效果将更为明显。
高铁南京南站、江苏无锡、上海浦东等华东地区，广州、深圳等华南地区的组件边框泥带比起西北、华北地区一点都不逊色，甚至还有油泥。一则来自常州某工厂屋顶光伏电站的泥带视频如下：
而且如果使用在比西北地区气候更温和的区域，产品寿命可能更长，对于电站运维也更有意义。
【结语】
从2013国内开始大力发展光伏应用以来，国内分布式光伏发电站得到了飞跃式的增长，无论是户用、工商业屋顶，还是小规模地面电站。对于存量规模预计达10GW - 30GW的大量彩钢瓦屋顶也因没有历史经验遇到了低角度积灰问题，年发电量的损失在10%以上。长期积灰区域发电时温度过高，雨后放晴泥带区域水分蒸发的时间一般是非泥带区的数倍以上，在日照发电时降低了玻璃表面的绝缘电阻，极易产生PID，成了整个产品寿命的瓶颈，对25年的发电量保障是严峻的考验。
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