韓宏偉

(1.青海天創(chuàng)新能源科技有限公司，西寧　810003；2.武漢大學(xué) 信息管理學(xué)院，武漢　430072)

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應(yīng)用ARIZ方法解決減少光伏組件清洗后殘留水的問(wèn)題

韓宏偉1，2

(1.青海天創(chuàng)新能源科技有限公司，西寧810003；2.武漢大學(xué) 信息管理學(xué)院，武漢430072)

應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新方法——TRIZ理論中ARIZ方法的功能模型、因果分析、沖突區(qū)域確定、“擴(kuò)大問(wèn)題”描述等方法，分析了減少光伏組件清洗后殘留水問(wèn)題，并用分析問(wèn)題模型、擴(kuò)展物質(zhì)-場(chǎng)資源、應(yīng)用知識(shí)庫(kù)等方法得出2個(gè)可行性較強(qiáng)的方案。

ARIZ方法；功能模型；小人法；效應(yīng)；光伏組件；清洗

隨著并網(wǎng)光伏電站的大量安裝，上萬(wàn)塊太陽(yáng)能組件排列于光伏電廠中。光伏組件的清潔度是影響發(fā)電量的一大主要因素，組件的清洗成了光伏電站維護(hù)的一項(xiàng)重要工作[1-5]。然而，光伏電站大多安裝在高海拔、高嚴(yán)寒、風(fēng)沙大的戈壁灘，如組件清洗完后的殘留水未能完全處理，會(huì)造成沙土粘附在組件表面，在冬天清洗殘留水還會(huì)結(jié)冰，這些都會(huì)影響發(fā)電量和組件壽命。逐一清洗組件的殘留水，勢(shì)必消耗大量的人力、物力、時(shí)間，導(dǎo)致成本增加。如要降低成本，就得減少清洗時(shí)的用水量，而用水量的減少又會(huì)使組件清洗不干凈。

問(wèn)題所在技術(shù)系統(tǒng)為光伏組件清洗；該技術(shù)系統(tǒng)的功能為清洗組件；實(shí)現(xiàn)該功能的約束有水、人力、物力、時(shí)間。圖1為現(xiàn)有組件清洗模型，用水清洗組件玻璃表面，使組件玻璃表面干凈。

圖1　現(xiàn)有組件清洗模型

當(dāng)前技術(shù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題：用水清洗組件，水量太多，清洗完后組件玻璃表面殘留水太多，不容易處理，造成沙土粘附在組件表面，在冬天清洗殘留水還會(huì)結(jié)冰，這些都會(huì)影響發(fā)電量和組件壽命；如用水量減少，則組件清洗不干凈。問(wèn)題出現(xiàn)條件：用大量的水清洗組件。問(wèn)題發(fā)生時(shí)間：組件清洗完后。現(xiàn)有解決方案：對(duì)清洗完后的組件玻璃表面吹風(fēng)，使殘留水快速干掉。缺點(diǎn)：組件數(shù)量太多，影響清洗速度，增加清洗成本。新系統(tǒng)的要求：用水量少，殘留水少，處理方便，清洗干凈。

1　基于ARIZ的問(wèn)題分析與求解

1.1問(wèn)題的分析與表述

1.1.1建立系統(tǒng)功能模型

圖2為系統(tǒng)功能模型[6]，描述了系統(tǒng)元件及其之間的相互關(guān)系，并得出導(dǎo)致組件(玻璃)附著水問(wèn)題的功能因素。

在建立的功能模型中選擇目標(biāo)問(wèn)題(如A和B之間的附著有害)：水沖洗組件，是標(biāo)準(zhǔn)作用；組件附著水，是有害作用。圖3為物質(zhì)-場(chǎng)模型[7]。

圖2　系統(tǒng)功能模型

圖3　物質(zhì)-場(chǎng)模型

1.1.2因果分析

應(yīng)用因果鏈分析法確定產(chǎn)生問(wèn)題的原因，見(jiàn)圖4。

圖4　因果鏈分析

1.1.3沖突區(qū)域確定(問(wèn)題關(guān)鍵點(diǎn)確定)

問(wèn)題關(guān)鍵點(diǎn)1：清洗組件，用水少，清洗不干凈；用水多，殘留水難處理。

縮小問(wèn)題為：不增加資源，在系統(tǒng)中的元素保持不變或稍變復(fù)雜情況下，得到的解為組件的玻璃表面制造得更光滑些，不易殘留灰塵，也不留水。

1.1.4“擴(kuò)大問(wèn)題”描述

通過(guò)擴(kuò)大分析問(wèn)題的角度來(lái)擴(kuò)大描述本文問(wèn)題，得出替代問(wèn)題描述，如表1所示。

表1　擴(kuò)大問(wèn)題描述

1.2分析問(wèn)題模型

以“清洗組件用水量既多又少”為入手點(diǎn)解決問(wèn)題。

1.2.1定義2個(gè)技術(shù)沖突 TC1和TC2

技術(shù)沖突定義如圖5[8]所示。

1.2.2技術(shù)沖突解決過(guò)程

沖突描述：為了“改善組件清洗”系統(tǒng)的“清洗效果好”，需要“用多量水進(jìn)行清洗”，但這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的“清洗完后殘留水不好處理”。

轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突。改善的參數(shù)：NO.31 物體產(chǎn)生的有害因素；惡化的參數(shù)：No.39 生產(chǎn)率、No.27 可靠性。

查找沖突矩陣，得到如下發(fā)明原理：No.24中介物、No.2分離、No.40復(fù)合材料、No.39惰性環(huán)境、No.22變有害為有益、No.35參數(shù)變化、No.18震動(dòng)。

方案1依據(jù)No.24發(fā)明原理中介物，得到解:給組件玻璃表面涂一層納米材料，納米涂層對(duì)水附著力很小，殘留水容易流走。

方案2依據(jù)No.40發(fā)明原理復(fù)合材料，得到解：用酒精代替水來(lái)清洗組件，殘留酒精易揮發(fā)。

方案3依據(jù)No.40發(fā)明原理復(fù)合材料，得到解：用泡沫清洗組件，清洗完后，泡沫揮發(fā)。

方案4依據(jù)No.35發(fā)明原理參數(shù)變化，得到解如下：用高壓的氣態(tài)水氣來(lái)清洗組件，不殘留水。

方案5依據(jù)No.18發(fā)明原理震動(dòng)，得到解:用超聲波震動(dòng)來(lái)清洗組件，不殘留水。

方案6依據(jù)No.24發(fā)明原理中介物，得到解:組件中封裝電熱膜(發(fā)熱膜)，從內(nèi)部發(fā)熱烘干殘留水。

技術(shù)沖突(TC1)IF 用水量少(C+)THEN 清洗完后殘留水好處理(A1)BUT 清洗不干凈(B2)技術(shù)沖突(TC2)IF 用水量多(C-)THEN 清洗效果好(A2)BUT 清洗完后殘留水不好處理(B2)TC選擇ARIZ要求使沖突尖銳化,而不是緩和沖突,建議選擇如何去加強(qiáng)有用功能的沖突,而不去選擇如何減少數(shù)有害的沖突。選擇TC2

圖5技術(shù)沖突定義

1.3利用擴(kuò)展物質(zhì)-場(chǎng)資源

1.3.1使用“小人法”進(jìn)行建模[9]

1) 明確改進(jìn)目標(biāo)。改進(jìn)目標(biāo)：清洗完組件后的沒(méi)有殘留水。

2) 確定操作區(qū)域(OZ)。操作區(qū)域：組件表面。

3) 構(gòu)造情景并以“小人”表達(dá)當(dāng)前問(wèn)題雙方之間的作用狀態(tài)。在清洗組件時(shí)，水人把組件小人上的灰塵小人清洗掉了；當(dāng)清洗完成后，有水小人殘留在組件小人上了。小人法模型如圖6所示。

圖6　小人法模型

4) 以“小人”構(gòu)想達(dá)到目標(biāo)的情景形式。在清洗完后，組件小人不抓水小人，并推走水小人。

5) 構(gòu)想達(dá)到目標(biāo)情景時(shí)應(yīng)提供“小人”需要的條件。組件小人需要推力或者彈力推走水小人。

6) 構(gòu)想達(dá)到目標(biāo)情景時(shí)“小人”需要的改變。情景1：組件小人能動(dòng)，抖掉水小人。

7) 走出情景在現(xiàn)實(shí)中尋找替代“小人”的工程方案。組件可以旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)到面朝下，水受重力而脫落。

方案7更改組件支架，組件可以翻轉(zhuǎn)，倒掉殘留水。

1.3.2采用標(biāo)準(zhǔn)解解決問(wèn)題

根據(jù)所建問(wèn)題的物質(zhì)-場(chǎng)模型，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決問(wèn)題的流程，得到標(biāo)準(zhǔn)解為：No.12 加入新場(chǎng)去除有害作用；No.9標(biāo)準(zhǔn)解加入新物質(zhì)去除有害作用。依據(jù)選定的標(biāo)準(zhǔn)解，得到問(wèn)題的解決方案：

方案8依據(jù)第1.2類標(biāo)準(zhǔn)解No.12加入新場(chǎng)去除有害作用，得到問(wèn)題的解:用熱風(fēng)吹清洗完的組件，使殘留水容易干掉。

方案9依據(jù)第1.2類標(biāo)準(zhǔn)解No.12加入新場(chǎng)去除有害作用，得到問(wèn)題的解:給電爐絲通電，從組件表面烘干殘留水。

方案10依據(jù)第1.2類標(biāo)準(zhǔn)解No.9加入新物質(zhì)去除有害作用，得到問(wèn)題的解:預(yù)先在組件出廠時(shí)給組件貼保護(hù)膜，組件臟了可撕掉保護(hù)膜。

方案11依據(jù)第1.2類標(biāo)準(zhǔn)解No.9加入新物質(zhì)去除有害作用，得到問(wèn)題的解:預(yù)先在組件出廠時(shí)給組件貼保護(hù)膜，保護(hù)膜很光滑，或?yàn)轭愃朴诩{米衣服的材質(zhì)，使組件不粘附殘留水。

方案12依據(jù)第1.2類標(biāo)準(zhǔn)解No.12加入新場(chǎng)去除有害作用，得到問(wèn)題的解:用粘貼膜粘走組件表面的灰塵或者殘留水。

1.4應(yīng)用知識(shí)庫(kù)

1.4.1效應(yīng)

確定問(wèn)題要實(shí)現(xiàn)的功能：“疏水”(動(dòng)詞+名詞)。

查找效應(yīng)知識(shí)庫(kù)，得到可用的效應(yīng)為“蓮葉(荷葉)效應(yīng)”(可以有多個(gè)效應(yīng))[10]，依據(jù)該效應(yīng)得到問(wèn)題的解決方案：

方案13依據(jù)“蓮葉(荷葉)效應(yīng)”，得到解：應(yīng)用荷葉玻璃封裝電池組件。

1.4.2解決物理沖突

沖突描述[11]：為了“組件清洗干凈”，需要“水量多”為“正”，但又為了“殘留水好處理”，需要“水量少”為“負(fù)”，即 “水”既要“多”又要“少”。

考慮到“水”在不同的“時(shí)間”(空間上、時(shí)間段、不同條件下、系統(tǒng)層次上)具有不同的特性，因此該沖突可以從“時(shí)間”(空間、時(shí)間、條件、整體與部分)上進(jìn)行分離。

查找與該分離原理對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理有“No.34拋棄與修復(fù)、No.18震動(dòng)”。根據(jù)選定的發(fā)明原理，得到解決方案“

方案14依據(jù)No.34發(fā)明原理拋棄與修復(fù)，得到解:用超吸水材料(海綿)吸走殘留水。

2　創(chuàng)新解的評(píng)估

依據(jù)上面得到的若干創(chuàng)新解，通過(guò)技術(shù)、成本等因素的評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)解。

最終解1為方案1：用納米涂層涂在組件玻璃表面，納米涂層對(duì)水附著力很小，殘留水容易流走。

最終解2為 方案7：更改組件支架設(shè)計(jì)，支架驅(qū)動(dòng)組件可以翻轉(zhuǎn)，倒掉殘留水。

根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展情況，這兩種方案實(shí)現(xiàn)成本不高，技術(shù)難度也不大，切實(shí)可行。

3　結(jié)束語(yǔ)

本文應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新方法——TRIZ理論中ARIZ方法的功能模型、因果分析、沖突區(qū)域確定、“擴(kuò)大問(wèn)題”描述等方法分析了減少光伏組件清洗后殘留水問(wèn)題，并用分析問(wèn)題模型、擴(kuò)展物質(zhì)-場(chǎng)資源、應(yīng)用知識(shí)庫(kù)等方法得出14種方案，從中得到2個(gè)可行性較強(qiáng)的方案。

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(責(zé)任編輯劉舸)

To Solve the Problem of Reducing Photovoltaic Modules Residual Water After Cleaning with ARIZ Method

HAN Hong-wei1,2

(1.Qinghai Tech-Creation Renewable Energy Co., Ltd.，Xining 810003, China;2.School of Information Management, Wuhan University，Wuhan 430072, China)

Technology innovation methods, including ARIZ in TRIZ theory method of function model, causal analysis, the determination of conflict zones, “to expand problem” methods of description, were used to analyze problems of reducing photovoltaic components after cleaning residual water, and two relative feasibility solution were obtained by using the analytic model, extension-material resources, application field knowledge base methods and so on.

ARIZ method; function model; SIMS method; effect; photovoltaic modules; cleaning

2016-05-12

韓宏偉(1983—)，男，陜西寶雞人，工程碩士研究生，助理研究員，二級(jí)創(chuàng)新工程師，主要從事創(chuàng)新方法和新能源應(yīng)用研究,E-mail：315626168@qq.com。

format：HAN Hong-wei. To Solve the Problem of Reducing Photovoltaic Modules Residual Water After Cleaning with ARIZ Method[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(9):73-77.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.09.012

TK514

A

1674-8425(2016)09-0073-05

引用格式：韓宏偉.應(yīng)用ARIZ方法解決減少光伏組件清洗后殘留水的問(wèn)題[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2016(9):73-77.