CN102280498A - 一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统，光感端口和湿度感应器将信号送入微电脑光雨控制器后，微电脑光雨控制器处理光感端口光电信号输出控制信号到送风系统，送风系统的风从位于太阳能面板四周的吹灰喷口送出；微电脑光雨控制器处理湿度感应器信号输出控制信号到驱动系统，驱动系统通过动力臂摆动清洁臂进行清洁，清洁臂在上下清洁臂滑道中滑动。系统智能程度高；可以最大限度提高面板清洁；适用范围广；结构简单，改造方便，具有易安装、易拆卸、易维护等结构优点，可缩短太阳能的效益回报周期，有助于更好的体现太阳能的实用价值，对我国节能减排的基本国策具有推动作用。

Description

一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统

技术领域

本发明涉及一种节能技术，特别涉及一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统。

背景技术

随着我国现阶段对节能减排宣传力度的不断加大，太阳能作为一种清洁可再生的能源，得到了大力的推广，普遍应用在我国的不同区域和各个领域。

目前对于提高太阳能效率的研究主要集中在优化设备结构和研发新型材料两方面，虽然对于光伏光热的转化效率有一定的提高，但由于投资金额巨大，收益效果并不明显。而太阳能面板积灰和结垢问题对于系统效率的影响，却被研究人员长期忽视，但其作为最直接的影响因素，严重限制了太阳能效能的发挥，间接影响了对新能源潜力的评估。

太阳能光伏技术是直接将光转化为电的方式，光热技术则是收集太阳辐射的热量加以利用，两者都需要充足的阳光照射在工作面上，因此保证太阳能面板清洁是提高太阳能光伏光热转化效能的有力手段。以太阳能真空集热器为例，某研究所在南京经两个月时间对比了每日除灰和不除灰的两根集热管的工作效率情况，发现在自然积灰严重的情况下，如不及时清理，不除灰的集热管只有除灰集热管工作效率的50%，在雨水充足，自然冲洗频繁的情况下，不除灰集热管也只有每日除灰集热管工作效率的90%。可见污垢和灰尘是影响太阳能工作的主要因素。通过清洁面板提高太阳能的工作效率，对于提高能源利用率具有很大的研究价值。

太阳能面板积灰和结垢问题，对于不同的地域，不同应用环境应该采用不同的技术思考。在干旱地区如我国西北，风沙较多，主要遇到面板大量积灰产生的问题；在空气湿润的沿海和沿河地区，湿空气在面板停留容易粘附灰尘而结垢，则需考虑污垢的影响；应用于矿区和工业聚集区的太阳能技术，粉尘和粘性气体是主要的考虑对象。而我国目前太阳能面板清洁技术比较单一，现有的发明和设备只考虑了污垢的影响，并不适用于干旱地区的积灰工况，因此开发一种适应性广的清洁装置尤为重要。

另外，基于对采光效果的考虑，太阳能设备一般安装在支柱顶端或房屋顶部，给人为清洁和引水冲洗带来了极大的不便，现阶段太阳能设备的清洁大部分依赖无人工干预的自然雨水冲洗模式，难以达到预期的清洁要求。而可以见到的人工干预的清洁装置，或者直接无水刮擦，对面板造成伤害；或者需要人工控制水流和电流开关，增加工作负担，所以如有一种智能的、可靠的清洁设备来代替人工劳动，必会得到广泛的应用和推广。

综上所述，太阳能面板的清洁问题是我国目前技术较为欠缺的方面，国内市场需要一种可满足多种苛刻要求的全能型清洁装置。虽然目前此种装置在我国技术领域还存在缺憾，但此类设备所遇到的机械传动、光电控制、湿度感应等技术问题，在我国其他工业和制造业中已成为成熟技术，因此，设计一种全面满足上述要求的装置，是完全可行的。

查阅相关专利授权情况来看：

1)常州佳讯光电产业发展有限公司高华平、吕全亚等发明的太阳能电池板清洁器，专利号：200920234752。此发明内容主要解决的是太阳能电池板主要靠人工清洁或从不进行清洁的问题，虽然此清洁器可以实现面板的除垢清理，但其只是最基本的清洁装置，且未考虑到无水作业对太阳能面板表面的损坏情况，所以该技术的推广收到了一定的限制。

2）河北省唐山市开平区冯立军发明的太阳能产品吸热体表面的清洁装置，专利号200720148044。此发明装置同样采用了清洁臂带动橡胶刮条清洁太阳能面板表面的思路，其优点在于考虑了无水作业的弊端，在清洁臂上设置了喷水口，提高了装置的清洁效果。但该装置需要另外增加水泵、布管引水，使结构复杂繁琐，且智能程度较低仍需人工操作，因此其在应用推广中仍存在一定弊端。

发明内容

本发明是针对现有太阳能面板清洁存在的问题，提出了一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统，可针对污垢情况进行智能清洁，从而优化太阳能面板的工作状况。

本发明的技术方案为：一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统，包括太阳能面板、面板正面的侧边清洁臂滑道、与侧边清洁臂滑道平行的清洁臂、面板正面的上下清洁臂滑道、太阳能面板四周分布的吹灰喷口、光感端口、湿度感应器、动力臂、送风系统、驱动系统及微电脑光雨控制器，光感端口和湿度感应器将信号送入微电脑光雨控制器后，微电脑光雨控制器处理光感端口光电信号输出控制信号到送风系统，送风系统的风从吹灰喷口送出；微电脑光雨控制器处理湿度感应器信号输出控制信号到驱动系统，驱动系统通过动力臂摆动清洁臂进行清洁，清洁臂在上下清洁臂滑道中滑动。

所述送风系统包括风机线路、风机、布风管道，光感端口将信号传导给微控电脑，微控电脑处理计算采集数据后通过风机线路开启风机，风机通过布风管道将风送出吹灰喷口进行吹灰，当微控电脑采集光感端口数据到达设定值时，微控电脑输出控制信号关闭风机。

所述驱动系统包括电机线路、驱动传动连杆、带动电机和电机电源，微电脑光雨控制器采集湿度感应器信号处理后，微电脑光雨控制器控制接通电机电源，同时通过电机线路驱动传动连杆带动电机的旋转运动转换为清洁臂的摆动运动。

本发明的有益效果在于：本发明一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统，智能程度高 ；精准的除污系统可以高频清洁，时刻保持面板整洁；适时、适度的清洁避免了对面板造成的刮伤、磕碰等伤害；对于光热面板，则可以有效的提高管内液体温度，避免因污垢遮光导致的吸热量减少；本装置通过改进机械部件使刮擦无死角，可以最大限度提高面板清洁；适用范围广；结构简单，改造方便，具有易安装、易拆卸、易维护等结构优点，并且可自行配备电源作为独立系统，避免了改造对原设备的影响，保证了原设备和新装置的稳定运行。本系统可缩短太阳能的效益回报周期，有助于更好的体现太阳能的实用价值，对我国节能减排的基本国策具有推动作用。

附图说明

图1为本发明通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统整体示意图；

图2为本发明通用于太阳能光伏光热面板背侧相关设备及管路布置示意图。

具体实施方式

通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统针对污垢情况进行智能清洁，从而优化面板的工作状况。该系统主要有以下几部分构成：

1、面板清洁部分：该部分布置于太阳能面板表面分为吹灰系统和刮擦系统，吹灰系统的工作状况有光敏元件依据面板积灰情况控制，当积灰达到一定厚度时，因面板通透性降低，导致板下光线变暗，触发光敏元件的感光性能闭合风机电路，从而完成吹灰。刮擦系统的工作状况由湿（雨）感元件控制，当雨天时，由于湿度增大，适合表面刮擦，则由湿感元件控制开启雨刮电机，完成刮擦清洁工作。

2、清洁动力部分：该部分主要为面板清洁装置提供动力，根据装置要求，主要由吹灰风机、电动机和传动连杆构成。吹灰风机由光敏端口反馈信号给微电脑控制线路开闭，为吹灰系统提供稳定的风量和风速。电机部分为刮擦装置提供动力来源，电机带动雨刮推杆，将电机的转动运动转化为摆动式运动，从而适应方形面板的清洁需求。

3、智能控制系统：本装置采用一台光敏和湿敏联控的微电脑控制设备作为智能清洁的核心部分，该设备融合了定时和计数功能，可随时调节装置的运行工况，通过对光线强度和湿度的灵敏反应，将各部分的工作和控制合理协调起来。

4、电源部分：为了提高设备的适用范围，减小对被改造设备的影响，电源装置分为集成式和独立式两种模式。如果原设备结构简单、改造方便，则此装置由太阳能自配蓄电池作为电源，如原装备结构复杂，可在不改动原设备的情况下，加装匹配的小型风力发电机作为独立电源，符合清洁能源的推广思想。

以太阳能光伏面板为例，通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统结构如图1所示：一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁设备，主要包括：清洁臂8（附橡胶刮条）、上下清洁臂滑道5、侧边清洁臂滑道1、吹灰喷口6、光感端口7、湿度感应器2、动力臂3、太阳能面板4及微电脑光雨控制器。可根据实际需要额外配置小型风力发电机。

为了提高装置的适用性能和智能程度，本装置对面板积灰和结垢进行了分类设计，主要目的是为了满足各个工况下太阳能面板的清洁要求和尽量减少人力劳动。

传统的太阳能面板清洁系统，普遍存在无水刮擦和浪费人力劳动等弊端，尤其是一些人工控制清洗装置，需要工作人员在恶劣天气下冒雨操作，不但对设备算会严重，也增加了工作的负担，为了避免这些情况的发生，本发明的特殊设计包括以下两个方面如图2所示光伏光热面板背侧相关设备及管路布置示意图：

1）微电脑光控系统：对于我国大部分干燥地区的太阳能光伏光热面板积灰情况，本装置进行了专门设计，包括在面板易于灰尘囤积的底部下面布置光敏元件（在易囤积部位布置可以避免探测死角，最直接及时的进行灰尘清理工作），探测面板的透光性能，当积灰达到一定厚度时，光感端口7将信号传导给微控电脑18，通过风机线路14开启风机15，通过布风管道16将风送出吹灰喷口6进行吹灰，当吹灰达到预定效果时，由于面板恢复透光性，光感端口7再次反馈给微控电脑18，关闭风机15，从而实现吹灰系统的智能自运行。

2）微电脑雨控系统：无人工干预的雨水自然冲洗方法是目前太阳能面板的主要清洁模式，但仅仅依靠雨水的拍打冲洗难以达到清洁要求，如果不依赖雨水刮擦，又会对面板造成划痕等损害，因此在雨天进行智能的机械干预清洁，可以解决上述问题。本系统在湿度最低的顶部布置有湿度感应器2（因为雨水的重力作用，上部存水最少，湿度最低，此处湿度满足条件可保证整体面板适宜清洁工作）。

当雨水落在面板上，导致面板表面湿度增加，当湿度符合刮擦需要的条件时，触发湿度感应器，感应器2将信号传给微控电脑18，继而接通刮擦电机电源17，微控电脑18通过电机线路10驱动传动连杆11带动电机12的旋转运动转换为清洁臂8的摆动运动，从而实现有水状况下的高效清洁工作。

3)关于运行的独特设计：一方面对于吹灰系统，由于白天和黑夜光线不同，所以如不考虑昼夜交替，夜间同样会触发吹灰系统工作，造成资源浪费，为了防止此种情况的发生，该微控电脑18具有定时功能，可设定系统只在白天进行智能吹灰工作，不但节约了资源，也避免了风机的长时间运转，延长设备的寿命。另一方面，刮擦系统工作时一般在数十次刮擦后即可满足清洁要求，此时继续刮擦就会造成设备的损耗和资源的浪费，因此本装置额外加装次数控制器，配合湿度感应器工作，在长期阴雨的工况下，当满足清洁程度的要求时，次数控制器可辅助切断电源，尽可能的保护设备，避免资源浪费。

作为一种新的清洁装置，经过理论分析和实践验证，认为本系统是切实可行的，主要有以下几个方面作为理论和应用依据：

首先，本系统采用的光控、湿（雨）控技术在相关工业中得到了普遍应用，技术成熟，设备稳定，符合理论设计要求，因此应用于清洁设备中可以保证装置的稳定运行；其次，本系统原理简单，效果显著，符合应用技术推广的前提条件，在保证装置稳定运行的前提下，清洁效果良好，对提高太阳能面板的工作效率有显著作用；同时，独立的设计和合理的搭配，对原设备运行无影响，且适用于几乎全部工况，因此本装置具有大量普及性推广的潜力。

综上所述，本装置满足了工业生产对装置智能化的要求，如果本装置得到了广泛的推广和应用，可以节省大量的人力劳动，大大提高了设备方的经济效益，有助于太阳能光伏光热技术在我国的持续发展，同时，通过采用本装置，对于单一的面板，可提高其工作效率10～50 %以上，如将此技术推广至全国范围应用，累积起来可额外获取巨大的一部分能量，适应我国高效应用能源的发展策略。且经深层考虑，本系统可缩短太阳能的效益回报周期，有助于更好的体现太阳能的实用价值，对我国节能减排的基本国策具有推动作用。

Claims (3)

1.一种通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统，包括太阳能面板（4）、面板正面的侧边清洁臂滑道（1）、与侧边清洁臂滑道（1）平行的清洁臂（8）、面板正面的上下清洁臂滑道（5），其特征在于，还包括太阳能面板（4）四周分布的吹灰喷口（6）、光感端口（7）、湿度感应器（2）、动力臂（3）、送风系统、驱动系统及微电脑光雨控制器（18），光感端口（7）和湿度感应器（2）将信号送入微电脑光雨控制器（18）后，微电脑光雨控制器（18）处理光感端口（7）光电信号输出控制信号到送风系统，送风系统的风从吹灰喷口（6）送出；微电脑光雨控制器（18）处理湿度感应器（2）信号输出控制信号到驱动系统，驱动系统通过动力臂（3）摆动清洁臂（8）进行清洁，清洁臂（8）在上下清洁臂滑道（5）中滑动。

2.根据权利要求1所述通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统，其特征在于，所述送风系统包括风机线路（14）、风机（15）、布风管道（16），光感端口（7）将信号传导给微控电脑（18），微控电脑（18）处理计算采集数据后通过风机线路（14）开启风机（15），风机（15）通过布风管道（16）将风送出吹灰喷口（6）进行吹灰，当微控电脑（18）采集光感端口（7）数据到达设定值时，微控电脑（18）输出控制信号关闭风机（15）。

3.根据权利要求1所述通用于太阳能光伏光热面板的智能清洁系统，其特征在于，所述驱动系统包括电机线路（10）、驱动传动连杆（11）、带动电机（12）和电机电源（17），微电脑光雨控制器（18）采集湿度感应器（2）信号处理后，

微电脑光雨控制器（18）控制接通电机电源（17），同时通过电机线路（10）驱动传动连杆（11）带动电机（12）的旋转运动转换为清洁臂（8）的摆动运动。

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