基于高光谱技术的光伏电站除雪效果评估

 达拉特领跑者光伏电站位于内蒙古达拉特旗，北纬40度左右的中纬度地区。冬季气温较低且有降雪。积雪会反射阳光，且积雪下面的光伏板钢化玻璃表面容易结成冰层，短时间很难自行融化，会阻挡阳光，严重影响发电效率。合理经济的快速融雪除雪方法不仅有利于提升光伏电站的发电量，减少运营维护工作量及费用，还具有很好的应用价值。

光伏电站常见除雪方案

 1、人工除雪
常规情况下，光伏电站只能安排专门的人员利用柔软物品将雪推下，当面对地形复杂的方阵或者距离地面较高的组件时，效率低下，同时耗费大量的人力财力。目前大部分光伏电站仍然采用最传统的人工清扫积雪的方法。

2、 机器人除雪

常用的自走式光伏清扫机器人适用于大型光伏电站，但造价较高，不适合小型光伏电站，且低温环境下稳定性需要进一步验证。

3、跟踪支架自动除雪

下雪时将电池组件调至最大倾角，有利于积雪滑落，可以有效减少组件表面积雪，当无雪后再将电池组件恢复正常角度。但这种方案仅适合于平单轴、斜单轴、双轴跟踪等跟踪支架系统，固定支架难以实现。

4、双玻双面组件除雪优势

雪天过后地表被积雪覆盖，地表反射阳光的能力增强，即组件背面反射率增大，使双玻双面光伏组件背面的发电能力增强。双玻双面光伏组件背面可通过地面上积雪的漫反射实现光电转换从而继续发电，且在转换过程中释放的热量又会使组件正面紧贴组件处的积雪快速融化，形成水层，减少了积雪与组件间的摩擦力，在重力作用下可使组件表面的积雪滑落，减少组件正面被积雪覆盖的面积和被覆盖的时间。双玻双面光伏组件预计约1～3 h 即可将自身组件正面的积雪清理干净。与跟踪支架除雪系统配合时，除雪效果更佳。

光伏电站常见除雪方案

5、基于光伏组件PN结电热原理的融雪技术

当把光伏组件作为一个负载，有正电压施加在组件正负两极时，由于组件内部的PN结结构，会产生单向导通电流，此时的工作原理类似于发光二极管LED。由于PN结的能级差，以及半导体区电阻的存在，当电子通过时会在光伏组件内部的半导体区域内产生能量转化为热能，从而使组件温度升高，起到融雪的作用。

但是在环境温度较低的地区，由于光伏组件都是安装于户外，光伏组件背板散热较快，采用PN结电热原理方案温度提升非常有限，因此采用该方案对融雪效果不明显，存在一定的局限性，同时需要新增外加偏置电源，每1～2个组串配置一个电源，则一个大容量电站要配置多台，投资成本很高，应用受限。

6、发热电缆布置

发热电缆内芯由冷线热线组成，外面由绝缘层、接地、屏蔽层和外护套组成，发热电缆通电后，热线发热，并在40～60℃的温度间运行，埋设在填充层内的发热电缆，将热能通过热传导（对流）的方式和发出的8-13um的远红外线辐射方式传给受热体。分布式光伏电站可以敷设在光伏组件、天沟及落水管周围，有积雪的时候开启加热模式，快速融化积雪，但投资成本较高。

达拉特二期工程使用了双玻双面组件光伏板搭配跟踪支架系统进行除雪，能够显著提高除雪速度，提高约15%的发电效率。

△  图1 达拉特一二期范围和雪覆盖对比图

△  图2 达拉特一期/二期光伏板反射率对比图（反射率扩大10000倍）

△  图3   达拉特一期/二期光伏板融雪后反射率对比图（反射率扩大10000倍）

中科西光航天-积雪覆盖监测

我们通过使用高光谱卫星对达拉特光伏电站的持续监测，获取了有雪覆盖和无雪覆盖期间拍摄的影像数据，并进行了大气校正，分别计算了一期和二期项目的平均反射率。

图1直观显示了项目范围，通过肉眼就能够辨别雪覆盖情况，其中雪覆盖明显较多的为一期项目，而二期项目没有观察到明显的积雪。图2展示了有雪覆盖情况下一二期项目的平均反射率差异，可以看到一期项目反射率明显高于二期，在450-850nm波长范围内，最高反射率上升了11.8%左右，表示其较高的雪覆盖，由此带来的能量损失导致了发电效率的下降。图3为雪融后一二期反射率对比，可以发现雪融化后，一二期的反射率基本恢复一致。

研究结论及应用

通过一二期项目的反射率差异，验证了二期工程使用的新型双面双玻组件光伏板搭配跟踪支架系统具有较好的除雪效果。

结合 基于高光谱遥感的光伏板灰尘监测 ，说明高光谱遥感技术在各种环境下的大规模光伏板状态监测均有一定的应用价值。