0.4　清洁维护的重要性

尽管太阳能资源是无穷无尽的，但我们能够利用的能量依然有限，而在光伏发电整个产业链中，尤其是晶硅制造环节，依然存在很大的能量消耗。多晶硅光伏发电产业链全周期的生产能耗如图0.6所示。其中，EPi表示该制造环节中消耗的能量。

图0.6　多晶硅光伏发电产业链全周期的生产能耗

以原料硅砂为起点，到制成晶体硅光伏发电系统，全部能量消耗EP由各个环节能耗累加计算得到，如式（0.1）[7]。

其中，EP7和EP8可以看成光伏组件至光伏系统过程中的能耗。按照南开大学Hou等人在2016年计算，EP=1.594kW·h / Wp。实际计算过程中需要考虑太阳能电池片到组件的产率η，则式（0.1）可修正为式（0.2）。

严大洲等人未计入逆变器、运输安装能耗的情况下，考虑太阳能电池片到组件的产率η=0.98，计算得到全部能耗EP=2.597kW·h / Wp，并进一步计算出光伏发电的能量回收期约为1.73年（按照年平均利用小时数为1 500h计算）[8]。2016年，多晶硅冶炼能耗下降，太阳能光伏组件产率进一步提高到η=0.985，计算得到全部能耗EP=1.52kW·h / Wp，光伏发电的能量回收期约为1.17年［7］。而随着晶硅制造技术进一步提升，能耗也在不断降低，光伏电池效率继续提高，能量回收期也更加短，有望降低至1年以内。

在计入光伏电站运行期间能量消耗和退役回收期间能量消耗，则整个光伏组件生命周期内的能量消耗，可计算为式（0.3）。

Hou等人计算生命周期内总能耗为，并计算出光伏能量回收期约在1.6～2.1年[7]。

为了更好地说明清洁维护的作用，提出清洁能源效率ηclean来计算太阳能发电总量中无污染排放的清洁能源比重。按照上面的计算，假设光伏组件合理服役寿命25年（研究表明可能更长，会达到30年，而实际应用在环境恶劣的沙漠地区，其服役寿命也可能减短），且光伏组件保持理想发电状态，年平均利用小时数为1500h，则整个电站在服役期内的清洁能源效率ηclean为90%～96%。

但是，光伏组件在运行发电过程中，其发电效率是不断衰减的，尤其在荒漠、戈壁等恶劣条件下，受到强紫外线、强风沙，甚至盐碱环境侵蚀，组件衰减比预期更加严峻，从而导致清洁能源效率ηclean要低于理想的计算，按照简单的线性衰减推算，以组件服役期25年发电效率降至出厂时的70%计算，可以粗略估算出ηclean为92%～87.7%。光伏组件受到灰尘影响，其表面的尘土污物会降低7%至40%的电池效率，按照光伏组件合理使用寿命25年，取灰尘影响降低20%的效率计算，不考虑组件衰减，则清洁能源效率ηclean在91%～87%范围内。可见衰减和清洗对太阳能发电清洁能源效率有着重要影响。而且清洗更影响着发电总量。有数据显示，早在2012年我国太阳能发电行业因为灰尘造成的损失就高达2.5亿元，保证太阳能电池板的有序清洁，则可提升电站发电量的40%左右。而普通工业清洗系统成本非常高，一个300MWp的太阳能发电厂每年可能需花费500万美元来进行清洁［8］。

因此，清洁维护成为光伏电站（尤其是坐落在荒漠、戈壁等风沙条件恶劣、雨水偏少的干旱半干旱地区的光伏电站）运行发电过程中最重要的保养维护环节。而且，清洗不仅仅是去除组件表面灰尘，提高透光率来提高发电效率，而且也能因除尘而避免光伏组件故障或损伤。从太阳能发电整体效益看，清洗是保证清洁能源利用效率的关键环节，也是降低整个光伏电站运行成本的关键环节。在光伏产业蓬勃发展的同时，电站清洗也成为新兴的制造服务业，正在为太阳能利用发挥着不可取代的作用。