基于压缩气体的太阳能电池板除尘研究

基于压缩气体的太阳能电池板除尘研究

荒漠地区电池板表面积灰严重制约着光伏发电效率和光伏组件的寿命。文章分析了积灰对光伏发电的影响，并且分析了灰尘颗粒在电池板上的受力。最后设计了压缩气体除尘实验，实验结果表明利用压缩气体的电池板除尘，高效节能环保且实用适合推广和应用。

關键词：电池板除尘；积灰分析；压缩气体除尘

引言

随着化石能源的不断减少和日益恶化的环境问题，国家大力发展新型、环保的绿色能源[1]。太阳能在国家政策的扶持下取得了长足的发展。但是由于光电受不断变化的环境影响，被视为不稳定能源不能全部并入电网，产弃光率达到30%以上。而在一些光电工程中，由于忽略了太阳能电池板阵列表面积灰的问题，导致电池板上堆积起厚厚的灰尘[2]。太阳能电池板表面积灰对太阳能电池板的发电效率，电池寿命有很大的影响[3]，这些都是光电工程在实践和普及上避不开的绊脚石。

本论文研究了一种利用压缩气体的太阳能电池板除尘系统，其利用光电的弃光电量压缩空气储能，再利用压缩空气通过喷嘴形成压缩气流对电池板进行清理，利用压缩气体的电池板除尘，高效实用，能解决传统的电池板除尘方式费时费力的局面。

1 积灰对光伏发电的影响研究

1.1 积灰的遮光效应

灰尘落到太阳能电池板表面以后，光线对太阳能电池板的照射就会被灰尘遮挡，不仅使电池板实际接受太阳光的有效面积减少，而且还改变了部分入射光线在玻璃盖板中传播的均匀性[4]。

光线照射到灰尘颗粒上，产生了反射和折射现象，会造成玻璃盖板的透射性减弱，从而减弱了到达太阳能电池板表面上的光强，使光电效应变弱，光伏发电量减少。

1.2 积灰的热斑效应

当电池板表面有灰尘颗粒或树叶等其他物质时，就会改变光伏发电的热平衡，当太阳能电池板组件在长久太阳光线照射下，一部分组件在灰尘遮挡的影响下不能正常工作[5]，这样会使被遮盖的部分升温远远大于未被遮盖部分，导致温度过高而出现被烧坏的热斑。热斑可能导致整个电池板组件损坏，带来巨大损失。

2 灰尘颗粒在电池板上的受力分析

由于荒漠地区气候干燥，降水量低，经测定电池板上灰尘含水量仅为0.26%[5]，所以暂不考虑灰尘所受的毛细作用力。于是灰尘颗粒在电池板表面主要受到范德华力、静电力、重力的复合作用如图1。

根据图1粘附力公式可以表示为：

Fad=Fvdw+FE+GY

代入范得华力、静电力、重力公式得：

灰尘颗粒半径较小时，R 小于约为10×10-6m时，通过参数的确定，得出灰尘颗粒受力大小与相关参数之间的关系：灰尘在电池板表面的粘附力随灰尘颗粒半径的增大而增大，其取值范围为10-10～10-8N；在干燥多风的荒漠地区，不考虑化学作用和外力干扰时，灰尘清洁主要考虑净重力和范德华力。

3 压缩气体除尘原理及实验

3.1 压缩气体除尘原理

本文总结传统电池板除尘方式的弊端，并使用弃光电量，设计了一种利用压缩气体除尘的系统，其原理为使用光伏工程中无法并网的弃光电量压缩空气储能，再利用压缩气体对电池板的冲击力进行除尘。

如图2所示，本系统使用弃光电量压缩空气，再利用压缩气体除尘，克服了现有技术对水资源的消耗和对太阳能电池板组件的二次损害，利用率弃光电量，能更好的提升太阳能的利用效率。

3.2 实验结果

设计压缩气体除尘实验，进行除尘实验验证，在电池板上侧安装喷嘴，空压机中压缩空气通过喷嘴冲击到电池板上，达到对电池板清理的效果，除尘效果如图3所示。

从图3a、3b可以看出，电池板积灰经气体除尘后，灰尘明显减少，且没有传统水射流除尘所留下的水垢，和机械摩擦除尘留下的划痕。利用压缩气体的电池板除尘高效实用。

4 结束语

本文研究了压缩气体对太阳能电池板的除尘，分析了积灰对光伏工程的影响，设计了一种新型的利用压缩气体对电池板除尘的系统，其利用光电工程中不

能并入电网的弃光电量压缩空气储能，再将压缩气体安装在太阳能电池板上的喷嘴对太阳能电池板冲洗，实现了对太阳能电池板的除尘。既解决了光电工程产生大量弃光电量，又对太阳能电池板进行了清理，实验结果表明，此系统可以较好地清理太阳能电池板上的积灰，适合推广和应用。

参考文献

[1]姚叙红.高效太阳能电池关键技术研究[D].太原：中北大学，2009.

[2]刘正浩.提高太阳能光伏转换效率的控制系统研究及实现[D].大连：大连工业大学，2012.

[3]李江华.光伏组件自动除尘装置优化研究[D].重庆：重庆理工大学，2015.

[4]王清.太阳能电池板智能清洁系统的设计与实现[D].苏州：苏州大学，2015.

[5]孟广双.荒漠光伏太阳能电池板表面灰尘作用机理及其清洁方法研究[D].西宁：青海大学，2015.