机器人+光伏：看光伏清洁市场“生力军”

太阳能电池板的清洁机器人，有通过清除电池板表面的污垢，来增加发电量的可能性。在日本国内外企业和研究机构正在开发之时，总部设在宫崎市的J·E·T已经推出了这种清洁机器人的租赁和委托清洁服务（图1）。

　　图1：J·E·T已开始租赁的清洁机器人

将大厦管理的经验用于太阳能电池板的清洁

该公司由经营大厦维护等业务的第一大厦管理（宫崎市）的柴田博文会长出资，在2000年5月设立。作为发挥大厦清洁上积累经验的领域，该公司把目光投向了太阳能电池板清洁，于2014年展开了行动。

将“准确清洗每一个角落”、“高效清洗”、“把用水量控制在最低限度”、“在任何地点都确保用水”等技术和经验，运用到了太阳能电池板的清洁上。清洁机器人是与日本国内的机器人关联企业合作开发的。

使用该公司的清洁机器人，首先要在太阳能电池板上设置轨道，机器人沿轨道移动，一边洒水，一边用刷子清洗。

这种轨道，两个轮子要架在阵列（太阳能电池板阵列）最上排电池板上沿的边框上（图2）。轮子在最上排电池板的边框上移动，从而使机器人横向（东西方向）移动。

　　图2：轮子架在最上排电池板的框架上

把大厦清洁的知识用在清洁刷上

轨道上还配备了16只在太阳能电池板上滚动的轮子（图3）。这既可辅助机器人在电池板上横向移动，又可使每张电池板上有4只轮子滚过，起到分散机器人在电池板上的重量的作用。轨道和机器人的重量合计约为28kg。

　　图3：每张太阳能电池板有4只轮子来分散载荷要调整使轮子不致压到上下框架和金属件上

要调整使轮子避免碾压太阳能电池板的上下框架和架台的金属件。通过调整，清洁刷会更好地接触电池板表面，从而提高清洁能力。如果轮子碾压到金属件，会对电池板造成不必要的冲击。

在纵向（南北方向）上，清洁机器人会沿轨道上下移动。纵向的清洁范围约为3～7m。相当于电池板横向排列3～7排的阵列。

横向只要没有太大的缝隙，轨道可以直接平移。如果是3cm以下的缝隙，可以直接跨越，如果缝隙的宽度超出这个范围，则需要抬起来移动（图4）。

　　图4：可以直接跨越阵列之间3cm以内的缝隙当遇到更大的缝隙时，要抬起轨道移动

阵列上的清洁机器人和轨道的移动可利用无线电控制操作。但是，如果横向存在约5度以上的倾斜，使用这种机器人清洁会比较困难。

运用大厦清洁经验最多的，是清洁刷及其驱动方法（图5）。能够清洁到框架、玻璃接缝等电池板的各个角落。

　　图5：清洁刷及其驱动方法运用了经验使用螺旋形状的清洁刷。上图为静止时，下图为清洁中

使用螺旋状的清洁刷，使水和污垢能够向下坠落。据称，为了不损伤电池板并容易清除污垢，清洁刷的材料、形状、尺寸、旋转方式和速度等都作了改进。

发电量的增量效果能否大于清洁的耗费？

太阳能电池板设置在室外，持续暴露在自然环境中。鸟粪以及尘土、落叶、花粉、黄沙、火山灰的堆积等诸多因素，会致太阳能电池板表面脏污，可能导致发电效率降低。

有人说，在多雨的日本，即使表面沉积了污垢，雨水也会冲走电池板表面的附着物。

但是，倘若为了压缩间隔，增加设置的数量，而缩小太阳能电池板的设置角度，就会出现雨水冲不走尘土，在电池板上结块的情况。时间长了，有可能会影响发电量。

在百万光伏电站等设置大量电池板的光伏电站，清洁电池板的主流方式是使用高压清洁机和人工刷洗（图6）。

　　图6：使用高压清洁机及清洁刷人工清洁需要高昂的人工成本、长时间繁重的体力劳动

这需要付出昂贵的人工成本，以及长时间繁重的体力劳动。而使用高压清洁机则伴随着压力过大，使太阳能电池单元（发电元件）有产生裂纹的风险。

该公司表示，人工清洁时，4人清洁1MW电池板，需要4～5天。因为需要站着操作高压清洁机、伴着水流进行刷洗，在感到疲劳之后，清洁的品质容易变得参差不齐。

而且还存在需要擦除电池板表面的水滴痕迹、覆盖电池板外周的框架和保护玻璃的边界容易积存污垢等课题。

而使用清洁机器人，这些课题就都不存在，可提高清洁品质。而且，如果发电量增加带来的增收效果超过清洁成本，采用的优点就比较突出。

机器人清洁的业务性

使用该公司的机器人，2人操作1台机器人，1天可清洁约2000张、总输出功率约为0.5MW的太阳能电池板。约使用2000升水，2块蓄电池（1块供电4小时）。

此前的最快清洁纪录，是在接受委托清洁一座输出功率为1.2MW的光伏电站时创造的，6名工人操作2台机器人，用大约13个小时就完成了清洗。阵列的排列为4排×54列，电池板横向设置，是机器人容易提高清洁效率的阵列（图7）。

图7：横向缝隙越少，清洁的效率越高6人操作2台机器人，清洁1.2MW的光伏电站，大约13个小时就完成了清洗

清洁使用了大约4300升水。清洁时的用水量受污垢等条件的左右，很难给出标准，但大致为1张电池板1升，清洁1MW的电池板大约需要4000升水。

操作时需要携带自来水，制成纯净水后来清洁（图8）。使用纯净水是为了减少污垢因水中含有的物质而附着在太阳能电池板上。自来水中含有次氯酸钙等成分，使用井水清洗的话，因为成分复杂，也有附着的可能。

图8：在运输车内制备纯净水，利用水管向机器人输送大厦管理的经验还运用到了在光伏电站附近确保供水点

确保自来水、制备纯净水其实非常重要。大厦管理的技术经验，在确保光伏电站附近的供水点中也派上了用场。

据称，一般委托外部企业作人工清洁时，清洁1张太阳能电池板的成本约为200日元。输出功率为1MW的光伏电站大约要清洗4000枚太阳能电池板，人工费、各项经费相加，大多企业的报价约为90万日元。

而使用该公司的清洁机器人只需要两名工人操作，人工成本较低（图9）。用水量约为人工清洁的5分之1。清洁1张太阳能电池板的成本约为50日元，只有过去的大约4分之1。

图9：工人减少，清洁速度提高清洁1张太阳能电池板的成本约为50日元，只有过去的约一半

因此，尽管具体金额因电池板的设置情况和有无供排水等条件而异，但该公司设定的受托清洁费在标准条件下，1MW约为39.8万日元起，大幅降低。

据称，宫崎大学协助开展的验证，以及在客户的光伏电站进行演示的结果显示，机器人清洁后，逆变器（PCS）的输出功率比清洁前增加了约3％～约23％。

效果最为明显、差别约为23％的，是一家电池板表面被火山灰覆盖的光伏电站（图10）。

　　图10：火山灰也洗掉了清洁后输出功率增加约23％的清洁示例

按照在日本分布较多的输出功率为1.99MW的光伏电站估算，当购电价格为36日元（不含税）时，如果1年清洁2次，售电量增加约5％，则年售电额会在通常的约8000万日元的基础上，增加约240万日元。

该公司的方针是尽量外租清洁机器人，受托清洁服务只在附近部分地区提供。租借期限为2年，总额约为500万日元（不含税）。其中第一个月155万日元（不含税），从第2个月开始，每月为15万日元（不含税）。

外租的对象包括清洁机器人，以及机器人行驶的轨道、蓄电池和充电器、遥控器、纯净水机、水管、给水加压罐、在备有给水泵的发电站使用的发电机和供电线缆等清洁需要的全套设备。这些全部容纳在1辆旅行车中。除培训之外，还可以提供受托清洁的宣传资料。

对于自主经营光伏电站的企业，在清洁自身电站之余，还可以每1MW大约40万日元的价格，每月受托为别家清洁2～3MW的电池板，可成为一项业务。

该公司表示，有意租赁清洁机器人的，多是自主经营多座百万光伏电站，而且接受其他的光伏电站从设计、采购及施工（EPC）服务，到运营维护（O&M），提供一站式服务的企业。

　　游历全国演示，所访问企业尽皆采用

该公司一直把展会作为主要的销售平台。在展会上接洽顾客，对于希望在自己的光伏电站进行演示的企业，该公司会亲赴当地，演示清洁效果。

自2015年5月中旬以来，该公司以鹿儿岛为开端，北上游历日本各地，截至7月底，已经在30座光伏电站作了演示（图11）。据称在演示后签约租赁的清洁机器人有25台。其余企业也成了受托清洁的客户。在进入10月中旬之后，该公司还将在全国各地进行这样的演示。

图11：从鹿儿岛到北海道，用大约2个月的时间北上各地进行演示，在岩手县一关市输出功率约为2MW的光伏电站进行演示的示例

该公司表示，进行演示的光伏电站所在的地区和地理环境差别巨大，在这个过程中，又积累到了更多的知识。

比如说，包括多雪地区在内，电池板设置角度越高的地区，电池板表面的污垢越少。山区的光伏电站可能是因为空气清新，电池板表面的污垢比较少。而在靠近农田的电池板上，尘土等污垢较多。

清洁的对象还包括与越野摩托车赛车相邻的光伏电站。因为每次举办比赛都会落满尘土，所以效果非常明显。

在与竹林相邻的光伏电站，电池板表面覆盖着黑色的污垢，很难洗掉。原因是竹子的汁液。除此之外，该公司还在沿海地区清洗过海风造成的白斑，在河边清洗过水鸟随处排泄的大块粪便，在山区清洗过可能是猫头鹰吐出的野兽的尸骸。

对于阵列排列、电池板间缝隙的不同，该公司每次都通过改进机器人的操作等，扩大了可清洁的条件。

除了清洁之外，还取得了其他效果。该公司在清洁3座光伏电站时，发现了太阳能电池板保护玻璃上的裂缝。因为在操作时会留意残余的污垢，所以容易发现电池板外观的异常。

这些裂缝在光伏电站的定期目视检查中都未发现，清洁居然成为了目视检查的补充。