SEGS（Solar Energy Generating Systems）是全球最早商业化运行的槽式太阳能光热电站，共包括9座不同容量的电站，总净容量354MW。分别建于1984年和1985年的SEGS 1号和2号槽式电站于2015年退役，1987年~1989年期间投运的SEGS 3~ 8号槽式电站于2021年退役，总净容量230MW，运行寿命超过30年。目前还有一座1990年投运的 SEGS 9号（净容量80MW）电站仍在运行。
其中，位于美国加州Kramer Junction的SEGS III–VII 号槽式电站总容量150 MW，单机容量30MW，于1987年-1989年期间投运。业主曾对镜场清洗方法和频率等实践进行了总结，并分析了集热场平均反射率以及在Mojave沙漠中有关镜子染污率的问题。虽然这是早期的文章，但考虑到镜场清洗对于电站运维的重要性，特别对相关内容分享如下，以供参考。
研究背景
太阳场的性能直接取决于镜子的反射率水平。定期清洗镜场的镜面可以提高平均反射率，但同时也会增加维护成本，如所需的劳动力、设备、软化水。作为SEGS III–VII 号槽式光热电站业主，KJC公司一直在对这些因素进行反复的比较评定，并设计更好的镜面清洗工艺。然而这种评定的关键是对清洗前后平均反射率的认知，以及镜场反射率的运行水平，尤其是在夏季高峰时期。
在加里福尼亚的Kramer Junction镜场中有546,624面镜子。清洗的效果随着镜子位置（例如，接近高染污区，诸如道路或冷却塔）和时间的不同而变化。为了做出理性的有关清洗频率的决定，需要很多量测读数来收集必要的信息。传统的做记录的方法是使用一个Devices and Services [一个公司名称，生产光学仪器]的反射计，这种方法耗时，因而昂贵而无效。
因为冷却塔飘滴，冷却塔附近的镜子染污率尤其高。需要大量测量才能确定染污的实际程度和速率。此外，通过镜面处理从而降低染污率的工艺可以显著地减少处于这些位置的镜子清洗问题。
镜面反射率
在SEGS电站，镜子的染污率受很多因素的影响。其中最关键的因素包括时间、降雨频率、镜子离道路或其它空载微粒的远近、清洗方法和频率、距电站设备的远近。在如SEGS这样的商业化电站中，维护问题的实质是很简单的：多久以及如何清洗镜子才能最大化纯利润？问题的答案主要通过对比清洗的费用和性能的增益而获得。
按照购电协议的性质，最大收益期是夏季，而此时镜面的洁净度最差，镜子处于一个干燥、满是灰尘的环境里。冬天，电的销售率比较低，镜场的产出也比较低，虽不经常但周期性的雨天提供了一些自然的清洗。总的来说，Kramer Junction的标准是平均镜面反射率保持在90%～91%的范围内，与新镜子94%的反射率形成对比。这个值通过经验获得，是一个现实的、可实现的、成本－效率的目标。这是目前的“经验法则”，而非深入透彻的成本/收益分析。
反射率的测量
很多年来，Kramer Junction都是使用Devices and Services的便携式镜面反射计来测量反射率。虽然精确，但却不能对大镜场进行快速测量，因为在每一套（单个的聚光器组件SCA）的读数后需要一个源镜来进行校准。仪器在镜子上的调节是很慢的，源读数的日志写入都是手动的。
最近，人员使用了一个新型的散射计“μ扫描”，来提高镜场反射率测量的成本有效性。这个设备能快速读数，而无需仔细校正，数据存储在局部存储器中，以备将来转移到指定的设备中。单个读数的精度为±1%。鉴于这些优点，每单位时间数据点的数量增长了5倍，这样更广泛的太阳场测量就可以作为平均反射率计算的基础。目前的方法需要在20个聚光器组件分别进行4次读数，从而预测30MW电站（约200,000平米）镜场的平均反射率。虽然这些具体的聚光器组件是任意选择的，然而关于选择的范围有一个模式。4个聚光器组件从接近镜场边缘的外部区域选择，那里的衰化率高些。8个组件从内部选择，最后的8个从中间区域选择，其表现有居于中间的衰化率。至今，没人尝试做过数据分析，精炼取样率，不过最近Sandia国家实验室发表了研究此问题的方法。
染污率
图1表示了夏季SEGS镜面反射率随时间而衰化的测试结果，这种情况下测试环路包括16个聚光器组件。为了测试的目的，在测试环路中的镜子三个月没有清洗。每星期进行2次反射率的测量，每次记数近150。给出的值是660纳米的反射率，其倾向于接近反射玻璃的光谱反射率。减弱基本上是线性的，相应于大约每天0.45%的污染率。这种高比率通常不会在一年中的其它季节出现，因为那些季节里空中的灰尘少些，自然清洗的次数更频繁些。
然而这个规则的例外是罕见但真实的情况，极小的降雨同时伴随着强势的灰尘或尘土。1995年7月末，Kramer Junction出现过这样的天气，当时小雨伴着高达35.8米每秒（80英里每小时）的强阵风。所有的镜场都受到了极大的影响，平均反射率下降了12～19个百分点，跌至72%－79%的范围。为了让让镜子重归正常的状态，有必要用刷子进行机械擦洗。
图1 夏季镜面反射率的渐衰变化
染污对镜场热产出的影响
在上述的镜面衰化测试中测量了集热回路的热产出。结果显示反射率变化1%，镜场的热输出变化约1.2%。之所以发生这种杠杆效应是因为当吸热管的辐射输入直接和反射率的变化成比例时，镜场的热损，其取决于运行温度，保持不变。电站的收益按比例地反应。对Kramer Junction的5个电站而言，反射率下降1%，年收益的影响近乎185,000美元。这个值还会更大，如果这些电站不是混合电站。在混合电站中，夏季当收益最高的时候，使用天然气补燃的镜场。
染污产生的其他影响
在靠近道路和发电模块区域的镜面染污比较快。在SEGS电站，人员通过在电站之间以及每一个电站里面铺设主要道路来减少来自道路的影响。此外，周边道路（尽管没有铺设），每年都用土壤稳定剂进行处理。机械通风蒸发冷却塔随着冷却空气释放湿气，称之为飘滴。湿气和空气中的灰尘结合，逐渐落到冷却塔附近的镜面上，导致比平常更高的染污率。染污的程度和方向取决于飘滴的量和当时的风向。冷却塔内的飘滴分离器可以很大程度上减少这样的问题。图2通过一个典型模式和在大约一年内的衰化度，阐述了Kramer Junction电站问题的程度。注意，在最差的聚光器组件中反射率能跌至近40%。在这些30MW的槽式光热电站里，近2%～3%的太阳场受到冷却塔飘滴的影响。
图2 冷却塔飘滴对镜面染污的影响
镜面清洗方法
1、日常清洗
Kramer Junction电站采用了3种镜面清洗方法。在所有这些方法中，清洗人员用镜场控制系统把邻近的两排集热器以相对的位置放置。一直使用软化水。图3和4是运行和维护改进项目开始之前使用的方法。如有下雨或下雪的可能，聚光器组件就会向上倾斜，充分利用这样的天气。雪的擦洗效果是任何维护方法都无法比拟的，总是会把整个镜场的反射率提高到约94.7％，如新镜面一样。
高压平台（图3）由一个拖拉机牵引的拖车组成，拖车上有水箱、在207bars (3,000 psi)下输水的变容真空泵，两个雾化喷射器。使用的是3人工作队：一人开拖车，其他两人通过手动喷管喷射镜面。拖车清洗完一排后返回清洗邻近的一排。
高容量方法（图4）采用一个大容量的水槽车，一个司机开车，水槽车的两侧各有固定喷管，以“倾盆大雨式”的水流同时喷洒两排的镜子。为达到最有效的目的，人员对各种喷管设计都进行了测试。水槽车装软化水15.1m³（4,000加仑）。喷管的断续/开关控制在司机室内完成。
图3 高压清洗图例
图4 倾盆大雨式清洗图例
倾盆大雨式方法用水量为55加仑每LS-2 集热器组件SCA (近0.23加仑每平米开口面积)，而高压喷射法用水为45加仑每LS-2 SCA (近0.19加仑每平米开口面积)。尽管倾盆大雨式每单位镜子面积用水量比高压喷射法多20%，但是它能快四倍，清洗每个集热器的工作时因而少了11倍。高压喷射能把反射率提高约3个百分点，而倾盆大雨式只提高1个百分点。如图5所示，典型的模式是在一个高压喷射和2个倾盆大雨式之间交替，这样通常能保持平均镜面反射率在90％左右。注意高压喷射清洗是在3周的周期内完成，其间2周的倾盆大雨式。这种强势的清洗日程只在夏季高峰期使用。高压喷射法的平均费用约为0.66美元每平米/年，对应的倾盆大雨式费用为0.14美元每平米/年（2007年价格）。这两种方法分别耗费0.013美元每平米每次和0.003美元每平米每次。
Kramer Junction改进了镜子的清洗方法，研发和采用了一种新型的“扭转器先生”清洗平台，其减少了对劳动力的需求，提高了清洗质量。“扭转器先生”平台（见图6）由一个牵引机/拖拉机和一个轮式的水箱－泵装置组成。一个人驾驶平台，从司机室里控制清洗。
牵引机是福特型号4430专业车辆，特点是结构小、马力高，能牵引25,000磅的水/泵设备。水箱能容1,500加仑的软化水，水由容积式常用真空泵输出，常用真空泵由一个John Deere150－hp的柴油机驱动。泵在压力3,500psi下，每分钟供水可高达45加仑。
图5 SEGS镜子的典型清洗周期
拖拉机的前部装有一个可控臂。臂和五个在拖拉机司机室内完成的运动铰接控制一同支承喷射臂构造，高压水从水箱装置内输出。当前构造支承2个旋转装置，每一个旋转装置都有4个漫射臂。每一个臂包含一个＃6硬质喷嘴（0.062英寸内径），由一个加压的锥体给料，整流器将离开喷嘴水流的径向扩张减少到最低。
很多不同的变量影响清洗的效果，这些变量已在以下的项目中进行了评价：
◎ 旋转臂设计和喷嘴的数量
◎ 喷嘴的类型和规格
◎ 水压
◎ 水流（取决于上述参数）
◎ 喷距
◎ 旋转速度
◎ 清洗频率
经过一系列的测试，目前测试仍在继续，当前的结论是以下配置会产生最大效果。
◎ 水压在3000psi
◎ 双旋转臂，2个旋转装置，4个喷嘴，能够同时喷洒SAC的上半部分和下半部分
◎ 臂铰接在HCE的脚踏内，能够尽可能的接近镜面
一个人驾车并控制平台，完全清洗一个30MW的电站镜场，只需要3个晚上的时间，达到的平均反射率在92%以上。用水量和先前的高压方法差不多，也就是每个聚光器组件少于45加仑。玻璃破损从来都不是大问题，和以前的方法比较已经减少很多了。
水源来自每一个电站的水软化系统。为了加速清洗的进程，一个载有4000加仑软化水的“供给”箱的卡车会开到“扭转器先生”所在的位置。这需要半个人的时间。这个卡车可以在不到5分钟的时间内将“扭转器先生”1,500加仑的容量注满。3次注满后，供给车返回软化器装置，重新注满，然后返回镜场。
“扭转器先生”的研发是Kramer Junction镜面清洗工具演化的最新表现。“扭转器先生”取代了3人的高压清洗平台。两者都能进行深层清洗，使反射率在93%－94%的范围内。只不过，“扭转器先生”的操作只需要1.5人而不是3个人，全部清洗30MW的电站镜场只需要3个晚上而非4个。倾盆大雨式卡车以交替清洗的方式辅助深层清洗，这样比较快，但并不是很有效。
2、特殊清洗
镜子下部边缘6～12英寸的窄带里，反射率随着时间推移出现衰化。因此就需要每2～3年进行一次更严格的清洗。这种清洗就是用软化水和硬刷子进行手动擦洗。
同样的，对一些挨近冷却塔的重染污镜子需要使用劳动密集型的办法。在Kramer Junction电站，人员在一次性的基础上，将3%的氢氟酸稀释溶液，以雾状酸凝胶的形式，喷在镜面，附着镜面10分钟后，用中和剂，然后高压喷洒软化水。清洗一个SCA需要约45分钟的时间。清洗后的最终反射率一般在88%，未清洗前的约为40%，而有些例外的，只有10%～15%。
因为使用了酸，虽然经过稀释，但还是不推荐经常使用这种方法。对那些靠近冷却塔的镜子，更建议通过密切监控，用水或更良性的清洗液进行定期擦洗。（翻译：杜凤丽）
