CN107065942A - 一种自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置，该装置包括风向传感器固定片、风速传感器固定片、风向传感器、风速传感器、底座、控制模块和旋转轴；风向传感器用来测量风向，风速传感器用来测量风速；控制模块控制整个装置的工作；所述风向传感器由风向传感器固定片固定在底座上；所述风速传感器由风速传感器固定片固定在底座上；太阳能电池板通过旋转轴固定在底座上部，所述控制模块固定于底座上；所述控制模块包括24V直流电源、电压转换芯片、单片机、外扩存储芯片、时钟芯片、液晶显示屏、步进电机驱动器、AD转换芯片以及独立键盘；所述24V直流电源为24V输出，为步进电机驱动器供电。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池板除尘技术领域，具体涉及一种自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置。
背景技术
太阳能电池板应用环境复杂，一些具备自动跟踪能力的太阳能电站，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。灰尘积聚在太阳能电池板感光面上会降低光的转化效率。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薄膜，利用超亲水性、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，提供一种自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置。该装置以自然风为动力，充分利用现有太阳能电池板系统，通过风速测量和风向调整及单片机的控制，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，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：提供一种自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置，该装置包括风向传感器固定片、风速传感器固定片、风向传感器、风速传感器、底座、控制模块和旋转轴；风向传感器用来测量风向，风速传感器用来测量风速；控制模块控制整个装置的工作；所述风向传感器由风向传感器固定片固定在底座上；所述风速传感器由风速传感器固定片固定在底座上；太阳能电池板通过旋转轴固定在底座上部，所述控制模块固定于底座上；
所述控制模块包括24V直流电源、电压转换芯片、单片机、外扩存储芯片、时钟芯片、液晶显示屏、步进电机驱动器、AD转换芯片以及独立键盘；所述24V直流电源为24V输出，为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；所述单片机分别与外扩存储芯片、时钟芯片、液晶显示屏、独立键盘和步电机驱动器连接；所述风向传感器输出端通过AD转换芯片接入单片机；所述风速传感器输出端直接接入单片机；所述单片机的输出端通过步进电机驱动器与旋转轴上的步进电机连接，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：
1)本发明采用自然风作为吹扫动力源，直接利用风这一无处不在的清洁能源作为除尘动力，不再引入其他化学物质等造成环境污染，最低限度减小不必要的能源消耗；该装置可以在夜间或者阴天等时候进行除尘，不影响白天太阳能追踪系统的正常工作；能有效提高太阳能转化效率，去除太阳能电池板上的灰尘，提高了太阳能电池板有效转化率；
2)本发明装置机械结构简单，仅在已有的太阳能追踪系统中加入两个传感器分别测量风速与风向，同时结合单片机实现控制，对原有结构改动极小，制作成本低，可有效快速将太阳能电池板上的灰尘成功去除，显著提高太阳能电池板能源利用效率。
3)利用风速传感器检测风速，当风速不小于5.5m/s时，且太阳能自动追踪系统处于可除尘模式，此时利用风向传感器检测到风向，控制步进电机转动，使感光面垂直于风的方向，此时进行除尘。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正常工作，夜晚再进行除尘，就不会影响其正常工作，使太阳能电池板的工作效率最大化。
附图说明
图1本发明自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置的整体结构示意图；
图2本发明自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置一种实施例的控制模块结构框图；
图中，1风向传感器固定片；2风速传感器固定片；3风向传感器；4风速传感器；5底座；6控制模块；601.24V直流电源、602.电压转换芯片、603.单片机、604.外扩存储芯片、605.时钟芯片、606.液晶显示屏，607.步进电机、608.步进电机驱动器、609.AD转换芯片、610.独立键盘。
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。
本发明自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置(简称装置，参见图1-2)包括风向传感器固定片1、风速传感器固定片2、风向传感器3、风速传感器4、底座5、控制模块6和旋转轴(图中未标出)；风向传感器3用来测量风向，风速传感器4用来测量风速；控制模块6控制整个装置的工作；所述风向传感器3由风向传感器固定片1固定在底座5上；所述风速传感器4由风速传感器固定片2固定在底座5上；太阳能电池板通过旋转轴固定在底座上部，所述控制模块6固定于底座5上；
所述控制模块6包括24V直流电源601、电压转换芯片602、单片机603、外扩存储芯片604、时钟芯片605、液晶显示屏606、步进电机驱动器608、AD转换芯片609以及独立键盘610；所述24V直流电源601为24V输出，为步进电机驱动器供电，24V电压经过电压转换芯片602转换成5V电压，给单片机供电；所述单片机603分别与外扩存储芯片604、时钟芯片605、液晶显示屏606、独立键盘610和步电机驱动器608连接；所述风向传感器3输出端通过AD转换芯片609接入单片机603；所述风速传感器4输出端直接接入单片机603；所述单片机603的输出端通过步进电机驱动器608与旋转轴上的步进电机607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602为LM2576芯片；所述单片机603为STC89C52型号单片机；所述外扩存储芯片604为AT24C24芯片；所述时钟芯片605为DS1302芯片；所述液晶显示屏的型号为TJC4827T043_011，步进电机驱动器608型号为TB6600；AD转换芯片609为PCF8591芯片。
所述风速传感器为FS-M-30风速传感器，风向传感器的型号为FX-V1-16，二者均采用三杯设计理念(由风杯和机身组成，当风吹动顶部的3个120度对角的风杯的时候，风杯就会发生转动，并由位于中轴位置的芯片收集转动转速的变化并转换为风速数据。)外形小巧轻便，便于携带和组装。风速传感器的供电电压为DC24V，信号输出方式为脉冲信号输出，量程为0～30米/秒。风向传感器供电电压为DC24V，信号输出方式为0～5V输出，360度不同方位的输入对应0～5V的电压输出。
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。
所述旋转轴用来带动太阳电池板在水平方向和竖直方向上的转动，包括竖直轴和水平轴，竖直轴控制太阳能电池板在水平方向的转动，水平轴控制太阳能电池板在竖直方向的转动。旋转轴上安装有步进电机。旋转轴及太阳能电池板构成太阳能追踪系统。
本发明自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置的工作流程是：
启动装置，液晶显示屏606首先进入欢迎界面，单片机603从时钟芯片605中读取当前时间，从风速传感器和风向传感器获得当前风速和风向，并在液晶显示屏上显示当前时间、当前风向与风速，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603存储空间有限，实时采集的风向和风速数据存入外扩存储芯片604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；当处于可除尘模式，且所测风速在有效除尘区间(风速不小于5.5m/s)时，单片机603控制旋转轴上的步进电机转动至太阳能电池板与风向垂直的位置，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610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。
本发明自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置的工作原理是：风速传感器在风的吹动下转动，转一圈输出十二个脉冲，通过计算单位时间内的转了多少个脉冲可以计算风速；风向传感器在风的吹动下转到风吹来的方向的位置，输出对应的电压，电压经过AD转换芯片传输给单片机，经过单片机计算，控制步进电机转动，使太阳能电池板与风向垂直，进而在特定风速下完成太阳能电池板的除尘。
该装置组装好后，一定风向的风吹动风向传感器3，风向传感器3静止在风吹来的方向的位置，进而测定当前风向；风吹动风速传感器4，风速传感器4不停转动，输出脉冲信号，测得风速；风向传感器3和风速传感器4将检测信号传送至控制模块6中，同时经单片机603分析计算后得出风向和风速值。根据风速值判断是否可以除尘，如果处于可除尘模式(即处于阴天或夜间)时，步进电机607驱动太阳能电池板转动，使风垂直吹向太阳能电池板。
本发明中的单片机中设有风速测量程序，该程序流程是：开始，单片机首先判断是否按下开始按键，如果没有按下，则返回继续判断，如果已经按下开始按键，则判断是否处于可除尘模式(当前为夜间或是阴天)，如果处于可除尘模式，那么设定除尘工作时间，单片机的定时器开始5s定时，同时单片机的计数器开始对风速传感器的输出脉冲进行计数，直到5s时间到，读取脉冲个数，计算单位时间脉冲数，即风速，同时将计算好的风速显示出来；若不处于可除尘模式，则返回继续判断否处于可除尘模式。
本发明中的单片机中设有风向测量程序，该程序流程是：当上述风速测量程序中计算得到的风速值在有效除尘区间(风速不小于5.5m/s)时，开始AD转换，将风向传感器输出的电压转换成数字量，单片机将这个数字量通过计算转换成角度，即本次风向，并通过液晶显示屏显示本次风向。本次风向计算出来后，单片机进行判断本次计算出的角度(风向)是否大于上次计算角度，如果大于，步进电机正转，步进电机所转角度为两次角度差；如果本次计算出的角度小于上次计算角度，那么步进电机反转，步进电机所转角度为两次角度差；从而保证风垂直吹向太阳能电池板。
本发明选择风速有效除尘区间为不小于5.5m/s之间，在此有效除尘区间内，风可以吹起尘土，本发明装置更适用于年平均风速大于等于5.5m/s的地区或是风速周期性或季节性大于等于5.5m/s的地区。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (5)
1.一种自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置，该装置包括风向传感器固定片、风速传感器固定片、风向传感器、风速传感器、底座、控制模块和旋转轴；风向传感器用来测量风向，风速传感器用来测量风速；控制模块控制整个装置的工作；所述风向传感器由风向传感器固定片固定在底座上；所述风速传感器由风速传感器固定片固定在底座上；太阳能电池板通过旋转轴固定在底座上部，所述控制模块固定于底座上；
所述控制模块包括24V直流电源、电压转换芯片、单片机、外扩存储芯片、时钟芯片、液晶显示屏、步进电机驱动器、AD转换芯片以及独立键盘；所述24V直流电源为24V输出，为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；所述单片机分别与外扩存储芯片、时钟芯片、液晶显示屏、独立键盘和步电机驱动器连接；所述风向传感器输出端通过AD转换芯片接入单片机；所述风速传感器输出端直接接入单片机；所述单片机的输出端通过步进电机驱动器与旋转轴上的步进电机连接，单片机的输入端还与太阳能电池板的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置，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；所述外扩存储芯片为AT24C24芯片；所述时钟芯片为DS1302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；AD转换芯片为PCF8591芯片。
3.根据权利要求1所述的自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置，其特征在于所述风速传感器为FS-M-30风速传感器，风向传感器的型号为FX-V1-16。
4.根据权利要求1所述的自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置，其特征在于所述控制模块外部设有保护罩。
5.根据权利要求1所述的自然风去除太阳能电池板表面灰尘的装置，其特征在于该装置的工作流程是：启动装置，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，从风速传感器和风向传感器获得当前风速和风向，并在液晶显示屏上显示当前时间、当前风向与风速；实时采集的风向和风速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；若不是夜间或阴天，则不进行除尘；当处于可除尘模式，且所测风速在有效除尘区间时，单片机控制旋转轴上的步进电机转动至太阳能电池板与风向垂直的位置，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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170818 |