CN106598085B

CN106598085B - 基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置

Info

Publication number: CN106598085B
Application number: CN201710064716.1A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 李丹丹; 李静; 白仲航; 习道政; 杨通达; 冯慧; 蒋伟; 檀润华
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2017-02-05
Filing date: 2017-02-05
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2037-02-05
Also published as: CN106598085A

Abstract

本发明涉及基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置，该装置包括太阳能电池板、旋转轴和底座，所述太阳能电池板通过旋转轴固定在底座上，旋转轴包括竖直轴和水平轴，其特征在于该装置还包括空气倍增器、支撑件和控制模块，所述空气倍增器通过支撑件套在竖直轴上，并固定在底座的上方，空气倍增器的出风口对着太阳能电池板；控制模块控制装置进行工作；所述控制模块包括24V直流电源、电压转换芯片、单片机、时钟芯片、外扩存储芯片、液晶显示屏、独立键盘和步进电机驱动器；所述24V直流电源负责给步进电机驱动器供电，24V电压经过电压转换芯片转换成5V电压，给单片机供电。

Description

基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置

技术领域

本发明涉及一种基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置。

背景技术

对太阳能电池板的除尘清洁要求随着太阳能追踪系统快速发展而提高。太阳能电池板应用环境复杂，经过一段时间工作其表面会积聚许多灰尘，尤其是在一些降雨量少的地方积聚的灰尘更多。灰尘的积聚太阳能电池板感光面上会降低光的转化效率,很少量(0.00484367821kg/m2)尘土就可以让太阳能电池板的能量转化率降低40％。人工除尘的方法工作强度大，危险系数高，雇佣工人的话成本也高。杨景发等人(杨景发,邱鹏飞,李冰,等.太阳能电池板跟踪与除尘装置的设计[J].机械设计与制造,2013(9):60-62.)指出可以喷涂纳米TiO₂，在太阳能电池板表面形成透明TiO₂薄膜，利用TiO₂超亲水性、催化降解的特性催化降解有机附着物，达到除尘的目的。但是这种方法采用化学试剂，对环境可能造成二次污染。还有一些技术使用步进电机驱动滚刷清扫太阳能电池板表面灰尘，但这在结构上增加了许多额外的机构，对太阳能跟踪系统本身改动较大，成本也较高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置。该装置利用空气倍增器，即使在自然风风速不足以吹动积尘时，利用空气倍增器可以放大风速，同样可以实现除尘。本发明能实现对太阳能电池板上灰尘的自动清除，提高太阳能电池板能源利用率，实现更理想的太阳能电池发电，达到节能减排的目的，且不会造成环境污染，成本低，更适于大规模的生产应用。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置，该装置包括太阳能电池板、旋转轴和底座，所述太阳能电池板通过旋转轴固定在底座上，旋转轴包括竖直轴和水平轴，其特征在于该装置还包括空气倍增器、支撑件和控制模块，所述空气倍增器通过支撑件套在竖直轴上，并固定在底座的上方，空气倍增器的出风口对着太阳能电池板；控制模块控制装置进行工作；

所述控制模块包括24V直流电源、电压转换芯片、单片机、时钟芯片、外扩存储芯片、液晶显示屏、独立键盘和步进电机驱动器；所述24V直流电源负责给步进电机驱动器供电，24V电压经过电压转换芯片转换成5V电压，给单片机供电；所述单片机分别与时钟芯片、外扩存储芯片、液晶显示屏、独立键盘和步进电机驱动器连接；所述单片机的输出端同时与空气倍增器中的涡轮风扇开关，以及旋转轴中的步进电机连接；单片机的输入端还与太阳能电池板的输出端连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

本发明基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置引入空气倍增器，并将空气倍增器的出风口对着太阳能电池板，能够显著增大吹向太阳能电池板的风力，进而能够实现通过自然风作为吹扫动力源来对太阳能电池板除尘的目的，去除太阳能电池板上的灰尘，同时提高了太阳能电池板有效转化率。

本发明装置在有太阳的时候可以进入发电模式，在夜晚或阴天可以进入可除尘模式，在不影响太阳能发电的前提下，能够及时对太阳能电池板表面进行除尘，且除尘工作时间灵活，受外界环境干扰小。由于太阳能电池板表面一天的灰尘积累量不会过多，所以白天太阳能追踪系统进行发电工作，夜晚或阴天再进行除尘，不影响其正常工作，使整个装置工作效率最大化。

本发明装置机械结构简单，且能进行周期性除尘，除尘效果显著，相对于单纯使用仅用自然风进行除尘的除尘效果高出120％左右，成本低，安装方便，适于大规模推广使用。利用空气倍增器放大风速，实现利用自然风达到除尘效果；同时也可以减少除尘的工作时间。

附图说明

图1为本发明基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置整体结构示意图；

图2为本发明基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置一种实施例的控制模块5的结构框图；

图中：1-空气倍增器、2-太阳电池板、3-支撑件、4-底座、5-控制模块、6-旋转轴；501.24V直流电源；503.电压转换芯片；504.单片机；505.时钟芯片；506.外扩存储芯片；507.液晶显示屏；508.独立键盘；502.步进电机驱动器；61.步进电机；62.竖直轴；63.水平轴。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明权利要求保护的范围。

本发明基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置(简称装置，参见图1-2)包括空气倍增器1、底座4、支撑件3、太阳能电池板2、旋转轴6和控制模块5，所述太阳能电池板2通过旋转轴6固定在底座4上，旋转轴包括竖直轴62和水平轴63，所述空气倍增器1通过支撑件3套在竖直轴上，并固定在底座4的上方，空气倍增器1的出风口对着太阳能电池板；控制模块5控制装置进行工作；

所述控制模块5包括24V直流电源501、电压转换芯片503、单片机504、时钟芯片505、外扩存储芯片506、液晶显示屏507、独立键盘508和步进电机驱动器502；所述24V直流电源501负责给步进电机驱动器502供电，24V电压经过电压转换芯片503转换成5V电压，给单片机供电；所述单片机504分别与时钟芯片505、外扩存储芯片506、液晶显示屏507、独立键盘508和步进电机驱动器502连接；所述单片机504的输出端同时与空气倍增器中的涡轮风扇开关，以及旋转轴中的步进电机61连接；单片机的输入端还与太阳能电池板的输出端连接。

所述电压转换芯片503为LM2576芯片；所述单片机504为STC89C52型号单片机；所述时钟芯片505为DS1302芯片；外扩存储芯片506为AT24C24芯片；所述液晶显示屏507的型号为TJC4827T043_011；步进电机驱动器502型号为TB6600。所述空气倍增器的型号为W128，额定功率为45W。

所述控制模块外部设有保护罩，该保护罩为一种防水坚固的非金属材料，例如玻璃板，可以有效保护控制模块部分不被损坏。

所述空气倍增器的出风口与水平方向夹角为45度，不挡太阳光，不影响太阳能电池板吸收太阳能。空气倍增器1在安装时要保证出风口的风能直接吹到太阳能电池板上，且出风口不会挡光，不影响太阳能追踪系统(太阳能电池板、水平轴、竖直轴以及轴上的步进电机构成太阳能追踪系统)正常工作，空气倍增器通过220V交流电源供电。

本发明基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置的工作流程是：启动本装置，液晶显示屏507首先进入欢迎界面，单片机504从时钟芯片505中读取当前时间，并在液晶显示屏上显示当前时间及除尘状态，便于管理人员观察装置是否正常工作，了解当前装置的工作环境；由于单片机504存储空间有限，时钟芯片产生的数据存入外扩存储芯片506中；单片机先通过采集太阳能电池板的输出电压判断当前是否为夜间或阴天，如果是夜间或阴天，则进入可除尘模式，在可除尘模式中进行除尘工作，不会影响太阳能追踪系统的正常工作；若不是夜间或阴天，则不进行除尘，进入发电模式；当处于可除尘模式，单片机504控制空气倍增器工作，开始除尘时，同时单片机控制太阳能追踪系统回到初始位置(即太阳能电池板与空气倍增器的出风口对着的位置，空气倍增器固定，竖直轴旋转使太阳能电池板与空气倍增器在同一平面，水平轴旋转使太阳能电池板和空气倍增器呈45度角)，此时空气倍增器的出风框发出的风呈45度角吹向太阳电池板，通过独立按键设定除尘工作时间，在此除尘工作时间内，进行除尘。独立键盘508用来控制装置的开关，并且当开机后显示时间不正确时可以更改时间，同时可以设定除尘工作时间，实现人机交互。

本发明基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置的工作原理是：

当风速大于5.5m/s时，利用风力直接吹走积尘，当风垂直吹向太阳能电池板感光面时，感光面受力最大。由于装置工作环境情况多变，为了保证除尘效果，增加空气倍增器，当夜晚或阴天利用空气倍增器放大风速，达到良好除尘效果或进行周期性除尘。

空气倍增器具有圆柱形底座和出风框，圆柱形底座内含涡轮风扇，表面布满密孔，涡轮风扇吸入圆柱形底座周围的空气，空气通过该圆柱形底座加速，形成空气喷射流；空气倍增器的出风框中央开着一条细缝；当气流从细缝中吹出时，它将夹带着周边的空气一起向前；空气都向前后，出风框周围的气压会降低，导致出风框后方更多的空气加入，以平衡气压。这样整个风量，就会被显著放大，达到涡轮风扇本身抽取量的15倍左右。圆柱形底座1上的涡轮风扇把空气吹进出风框内。由于圆柱形底座内空气减少，及在大气压力作用下，进气口那里会自动进风而且在大气压力下，使进气速度加大，这样本装置的风就放大了。被放大的风可以将太阳能电池板上的尘土吹走。

本发明基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置能够安装在各个地区，用于发电，且能显著提高太阳能的利用率，延长太阳能电池板的使用寿命，尤其适用于阳光充足雨水较少的太阳能发电厂，如新疆等地。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置，该装置包括太阳能电池板、旋转轴和底座，所述太阳能电池板通过旋转轴固定在底座上，旋转轴包括竖直轴和水平轴，其特征在于该装置还包括空气倍增器、支撑件和控制模块，所述空气倍增器通过支撑件套在竖直轴上，并固定在底座的上方，空气倍增器的出风口对着太阳能电池板；控制模块控制装置进行工作；

所述控制模块包括24V直流电源、电压转换芯片、单片机、时钟芯片、外扩存储芯片、液晶显示屏、独立键盘和步进电机驱动器；所述24V直流电源负责给步进电机驱动器供电，24V电压经过电压转换芯片转换成5V电压，给单片机供电；所述单片机分别与时钟芯片、外扩存储芯片、液晶显示屏、独立键盘和步进电机驱动器连接；所述单片机的输出端同时与空气倍增器中的涡轮风扇开关，以及旋转轴中的步进电机连接；单片机的输入端还与太阳能电池板的输出端连接；

该装置的工作流程是：启动本装置，液晶显示屏首先进入欢迎界面，单片机从时钟芯片中读取当前时间，并在液晶显示屏上显示当前时间及除尘状态；时钟芯片产生的数据存入外扩存储芯片中；单片机先通过采集太阳能电池板的输出电压判断当前是否为夜间或阴天，如果是夜间或阴天，则进入可除尘模式，在可除尘模式中进行除尘工作；若不是夜间或阴天，则不进行除尘，进入发电模式；当处于可除尘模式，单片机控制空气倍增器工作，开始除尘时，同时单片机控制太阳能追踪系统回到初始位置，此时空气倍增器的出风框发出的风吹向太阳电池板，通过独立按键设定除尘工作时间，在此除尘工作时间内，进行除尘。

2.根据权利要求1所述的基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置，其特征在于所述电压转换芯片为LM2576芯片；所述单片机为STC89C52型号单片机；所述时钟芯片为DS1302芯片；外扩存储芯片为AT24C24芯片；所述液晶显示屏的型号为TJC4827T043_011；步进电机驱动器型号为TB6600，所述空气倍增器的型号为W128。

3.根据权利要求1所述的基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置，其特征在于所述控制模块外部设有保护罩。

4.根据权利要求1所述的基于空气倍增除尘的太阳能板发电装置，其特征在于所述空气倍增器的出风口与水平方向夹角为45度。