田 昊，沈浩天，劉雄飛，張 微

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院信息工程學(xué)院，銀川 750001)

0 引 言

太陽能光伏發(fā)電近幾年迅速發(fā)展，工程實(shí)踐中光伏電池板易積灰，光伏電池板積灰對(duì)其輸出效率以及對(duì)組件壽命具有顯著的影響。有研究數(shù)據(jù)表明：在溫度25 ℃時(shí)，光伏組件灰塵濃度從5 g/m2增長(zhǎng)到20 g/m2時(shí)，組件輸出功率下降37.67%，光伏組件輸出功率下降明顯[1]。我國(guó)的光伏系統(tǒng)輸出功率受到灰塵的影響約為20%左右，1兆瓦電站每年因?yàn)榛覊m的沉積，電量損失約25萬kWh[2-3]。另外，光伏電池板長(zhǎng)時(shí)間積灰，遮擋太陽能光伏板組件，使太陽能光伏組件不能夠及時(shí)散熱，光伏組件出現(xiàn)暗斑、焊點(diǎn)融化、封裝材料老化等現(xiàn)象[4-6]?？紤]到光伏板設(shè)置在偏遠(yuǎn)無水地區(qū)，人工清潔損耗大量的人力、物力以及經(jīng)驗(yàn)成本增加的問題，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)定時(shí)檢測(cè)的智能化太陽能光伏板清潔裝置具有一定意義[7]。

1 除塵裝置的整體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)擬實(shí)現(xiàn)：①定時(shí)間、定次數(shù)對(duì)光伏電池板自動(dòng)除塵；②實(shí)現(xiàn)特殊天氣下對(duì)光伏電池板除塵；③對(duì)任意單塊光伏電池板的除塵?；谏鲜瞿繕?biāo)，該設(shè)計(jì)方案中，采用雨刷器作為光伏電池板的除塵裝置；單片機(jī)系統(tǒng)作為控制器，實(shí)現(xiàn)太陽能板自動(dòng)除塵。該除塵裝置主要包括：控制電路板、直流電機(jī)、除塵刷以及紅外傳感器等。其總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 總體方案設(shè)計(jì)圖

1.1 控制電路

輸入端通過降壓模塊和計(jì)時(shí)器與太陽能蓄電池電連接；控制電路板的輸出端通過升壓模塊與直流電機(jī)電連接；直流電機(jī)固定安裝于太陽能電池板的底部，并與除塵刷傳動(dòng)連接；紅外傳感器固定安裝于太陽能電池板受光面的側(cè)面，并與控制電路板電連接；濕度傳感器固定安裝于太陽能電池板受光面的頂部，并與控制電路板連接。

1.2 檢測(cè)電路

采用無人機(jī)巡檢方案，即利用無人機(jī)拍攝的方式，人工篩查需要清洗的太陽能光伏板，該方式的目的是對(duì)需要積灰的單塊太陽能光伏板針對(duì)性清掃。另外，增添直流互感器并設(shè)置對(duì)照組，用于配合無人機(jī)巡檢方案對(duì)太陽能板是否需要進(jìn)行清潔。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出基一種于雨刷器的太陽能LED路燈自動(dòng)除塵裝置如圖3所示。該自動(dòng)除塵裝置采用單片機(jī)[8]以及其外圍的單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并通過紅外傳感器配合實(shí)現(xiàn)定時(shí)除塵，無需人為操作，除塵效率更高，十分安全；可針對(duì)性對(duì)單塊太陽能光伏板進(jìn)行清潔；采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低的雨刷器作為除塵設(shè)備主要構(gòu)件，節(jié)省成本，選用延展性強(qiáng)的除塵刷，可以解決無水清潔不干凈和材料被氧化的問題，除塵更加干凈徹底。

圖3 基于雨刷器的太陽能LED路燈自動(dòng)除塵裝置

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該裝置對(duì)光伏電池板清潔后發(fā)電功率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：光伏電池板清潔后其發(fā)電效率提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 清潔前、后功率對(duì)比

從理論上分析，太陽能光伏板清潔前、后，其發(fā)電的能量大小有明顯差異，誤差可能來源于以下幾個(gè)方面：一是實(shí)驗(yàn)數(shù)量不夠；二是實(shí)驗(yàn)規(guī)模小，應(yīng)用的太陽能光伏板數(shù)量少。

3 結(jié)束語

基于一種雨刷器的太陽能LED路燈自動(dòng)除塵裝置設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該裝置不僅可實(shí)現(xiàn)太陽能光伏電板自動(dòng)除塵，除塵后能提高太陽能光伏電磁組件發(fā)電能力，還能結(jié)合無人機(jī)巡檢技術(shù)，運(yùn)用于大型太陽能光伏電站，減少運(yùn)行維護(hù)工作量，具有一定的意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。