太阳能电池板自动除尘装置

太阳能电池板自动除尘装置
研制背景及意义
太阳能电池板表面除尘的传统方法有两种：一种是采用水冲刷，这种方法会耗费大量人力和水资源，且这种方法只能应用于安装在低矮位置的太阳能电池板，如太阳能草坪灯、太阳能地灯等，对安装在较高位置的太阳能电池板，如太阳能路灯、屋顶太阳能供电装置，则除尘极为不便；另一种是通过控制器用电机带动传动装置对太阳能电池板表面进行
除尘，此类装置结构复杂，可靠性差，且初始投入与后期维护成本较高，大大增加了发电成本，不易推广应用。

针对以上问题，我们研制出了一种结构相对简单、能够自动运行并且节约能源的太阳能电池板自动除尘装置。

本装置仅使用太阳能，不消耗其他能源，在能源危机日益加剧的今天具有很好的发展前景。

设计方案
太阳能电池板自动除尘装置基本结构图如图1所示，包括装有自主研制的相变材料的集热装置、气缸、除尘刷、压力真空表及阀门。

气缸布置在太阳能电池板的一侧，通过气缸支架与太阳能电池板边框固定连接。

集热管的出气口通过管道连接气缸的进气口，管道上安装有一个四通接头。

四通
接头的一端连按压力真空表，用于测量管道内的压力值；一端连接阀门，用于对管道和集热管抽真空，使气动装置的管道内在初始阶段为负压；四通接头的另外两端与管道相连。

气缸的滑块与气缸支架下端之间装有相吸的磁铁片，确保活塞在气压增加的条件下能直接运动到导轨上端，不会在导轨中间停留。

滑块同时与除尘杆相连，除尘杆与滑块一体或者固定在一起，除尘刷安装于除尘杆上，位于太阳能电池板的正面，与太阳能电池板的上、下两边缘平行，其起始位置位于太阳能电池板的下端。

太阳能电池板自动除尘装置选取膨胀度高、相变潜热小的相变材料为工质，利用相变材料的热膨胀产生推动力驱动装置运行。

装置的工作原理见图2。

白天，太阳能电池板自动除尘装置接受阳光照射，集热管吸热升温，同时一部分阳光通过反光壁面反射到集热管上，使得集热管的温升加剧，引起管内相变材料汽化，随着汽化的液体增加，管道内的压力也随着增大。

当温度升高到一定值时，集热管内的高压气体将推动气缸内的活塞移动，从而推动除尘刷上移，直到升至太阳能电池板的最顶端，达到清洁太阳能电池板的目的。

夜间温度下降，管道内的气体由于降温而开始液化，管道压力逐渐减小。

当压力减小到一定程度时，由于管道中初始状态是负压，大气压通过出气口推动活塞带动气缸滑块向
下移动，直至回到太阳能电池板的最下端，除尘刷也回到初始位置。

按照这样的工作方式，除尘刷每天往复运动1次，即能保证太阳能电池板的表面在大部分时间里是清洁的，这样就使太阳能电池板的光电转换效率维持在一个较高的水平。

本装置实物照片见图3。

技术经济分析
以180瓦太阳能电池板为例。

经测试，当太阳能电池板表面灰尘覆盖量达到4.05克/平方米时，会造成发电量下降约40%，等效于发电功率下降72瓦，按照单晶硅太阳能电池板每瓦12元的价格计算，即有72×12=864元的投资被浪费掉。

按照本方案设计生产的应用于180瓦太阳能电池板的除尘装置价格为每套600元，再加上太阳能电池板本身的价格，该套设备共计2760元。

如果将该笔资金只用于太阳能电池板的购置，则可购得230瓦的太阳能电池板。

如果不采取任何清洁措施，那么达到4.05克/平方米的灰尘覆盖量后，太阳能电池板的效率会下降多达40%，即实际可用功率只剩下138瓦，远低于安装本装置后的180瓦电池板。

结论和创新点
利用相变材料昼夜特性的差异，采用独特的气动除尘方式对太阳能电池板的积尘进行清洁，与同类产品相比，设计方案新颖。

工质选取高膨胀度、低汽化潜热的相变材料，在较低的
温度下，工质就会产生较大的体积变化量，从而产生较大的压力，保证了太阳能电池板自动除尘装置的高效运行。

设备安装时对集热管进行抽真空，使得除尘部件的返回过程更顺畅，仅利用太阳能作为动力源，不需消耗额外的能源，节能环保。

应用价值
该产品采用气动除尘的方法，有效地解决了现有太阳能电池板除尘方式浪费水资源、装置复杂、较难维护的问题。

本产品仅使用太阳辐射能作为装置运行的动力，不消耗其他额外能源，通过相变材料在昼夜条件下的特性差异，能够很好地对太阳能电池板表面进行清洁。

本产品设计独特，运行效率高，易于维护，市场前景广阔，在技术成熟的情况下可大规模生产、应用和推广。

随着光伏产业的不断发展壮大和节能减排战略的贯彻，本产品将迎来更多的契机，必定会有更好的市场前景。

专家评语
该项目研究开发了一种用于太阳能电池板的自动除尘
装置，相变材料的应用有特色，构思巧妙，节能环保，有应用前景。

建议不断完善技术方案，在实际中推广和使用。