CN107671050A - 基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统 - Google Patents

基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统,该系统包括太阳能光伏集热系统及自动清洁系统。本发明的效果是该系统具有发电、集热、自动清洁等功能，根据荷叶疏水性原理通过滑轮组件和喷淋管等装置可实现自动清洁，提高太阳能的利用率。该系统的驱动电机、水泵、控制器等用电设备均由太阳能光伏板储存电量供应，无需另接电源。该系统中装有控制枢纽，在某些突发情况下，可人为控制。清洁过程中所用热水、电量均由系统自身提供，符合环保、节能、可持续理念。

Description

基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统
技术领域
本发明属于建筑节能与可再生能源利用领域，重点在太阳能光伏集热技术领域,具体为一种基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统。
背景技术
随着当今世界能源危机的到来，人类对太阳能等可再生能源越发重视，因此如何提高太阳能利用率成为首要问题。在现实生活中太阳能光伏板表面会堆积一层灰尘，降低太阳能利用率。当前自动除尘系统的除尘工具大多采用质地柔软的毛刷，其缺点在于清洁效率会随时间而降低，雨天无法工作，并且会不可避免地在光伏板表面上留下划痕。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统，以解决现有除尘系统通过毛刷来回擦拭清理灰尘，易划伤太阳能光伏板表面及雨天清洁效率下降等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统，其中包括太阳能光伏集热系统以及自动清洁系统,所述光伏集热系统包括太阳能光伏板和集热水管，所述太阳能光伏板安装在保温框上，且与外界光伏回路相连输送电能，在保温框与太阳能光伏板之间紧贴太阳能光伏板处装有集热水管，所述集热水管一端接在自来水管处，另一端与储水箱相连接；所述自动清洁系统包括喷淋管、小型水泵、驱动电机、光传感器、温度传感器、喷淋管支撑台、滑轮组、传送带、刮水刷片以及清洁剂喷射装置，所述驱动电机布置在保温框边框上专设的装置平台上，所述刮水刷片设在保温框上边框上，与光伏板表面紧贴，喷淋管设在保温框上边缘的支撑台上，两个光传感器分别安装在太阳能光伏板表面玻璃板的内外两侧，温度传感器设在太阳能光伏板表面，喷淋管与小型水泵相接，小型水泵放在保温框上边框底部的平台上，清洁剂喷射装置通过螺钉连接紧贴在保温框的下边框上，所述光传感器、温度传感器、小型水泵、以及驱动电机与控制器电气连接，所述控制器放置在太阳能光伏板的上方的可通往自来水管、储水箱以及小型水泵的三通处，所述控制器与太阳能光伏板、蓄电池电气连接。
本发明的效果是：
(1)在太阳能光伏板表面敷设一层疏水荷叶膜，所述疏水荷叶膜是一种由高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、光稳定剂及复合抗氧剂等材料合成的高分子膜，具有跟荷叶相似的超疏水性，当水流从上面流过时会带走上面的灰尘且不留痕迹。
(2)所述系统为光伏光热一体化系统，其内部各组件配置已优化。太阳能光伏板散热量加热集热水管，使集热水管中的水流升温供给用户使用，同时降低光伏板表面温度；喷淋管喷水冲刷光伏板表面，在清洁的同时也是光伏板表面温度降低，从而提高太阳能利用率。
(3)光伏板表面装有温度传感器，喷淋管一般情况下与自来水管相接，当温度低于设定值(一般采用5℃，具体数值按需设定)时，会自动抽取储水箱中的热水，以热水冲刷太阳能光伏板表面，以避免冷水冲刷导致光伏板表面结冰。在夏季，如果光伏板表面温度过高时，水泵也会自动运行，抽取自来水对光伏板表面进行降温。
(4)储水箱中装有热水器，当阴雨天或大雾天气等太阳光照不足时，可利用储水箱为用户持续提供热水。
(5)所述太阳能光伏板角度可调，可根据当地的最佳倾角进行合理设置以适应不同地区。通过三角形支架上调节杆在滑槽内的移动来调节角度，然后由螺栓固定，具体角度可根据滑槽上的刻度来确定。
(6)所述刮水刷片材料为氯丁橡胶、三元乙丙橡胶等材料制成，对光伏板表面无伤害。在保温框下边框上装有清洁剂喷射装置，可定时喷射，一般可设置为每月一次，也可按需设置喷射，用来清理光伏板表面可能存在的油污，在装置背面有一按钮，可人为控制喷射。
(7)所述驱动电机、水泵、控制器等用电设备均由太阳能光伏板储存电量供应，无需另接电源。
(8)系统中装有控制器，在某些突发情况下，可人为控制干预。
附图说明
图1是本发明的基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统结构示意图；
图2是图1的右视图；
图3是图1的前视图；
图4是本发明的保温框内部集热水管纵截面图；
图5是本发明的喷淋管详图；
图6是本发明的水流流向图；
图7是本发明的太阳能电量流向图；
图8a是本发明的装有两组热水管路的系统整体结构图；
图8b是本发明的热水管路在保温框内的整体示意图；
图8c是本发明的热水管路在储水箱内的整体示意图。
图中：
1.控制器 2.水管 3.喷淋管 4.喷淋管支撑台 5-1.滑轮a
5-2.滑轮b 5-3.滑轮c 5-4.滑轮d 6.集热水管 7.储水箱
8.三角支架 9.滑槽 10.定位孔 11.定位螺栓 12.保温框
13.清洁剂喷射装置 14.传动杆 15.导向块 16.光传感器
17-1.传送带a 17-2.传送带b 18.太阳能光伏板 19.刮水刷片
20.驱动电机 21.温度传感器 22.小型水泵 23.喷头
24.转轴 25.调节杆 26.疏水荷叶膜
具体实施方式
下面结合附图对本发明基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统进行详细描述。
如图1-8c所示，本发明基于荷叶疏水性原理的可自动除尘太阳能光伏集热系统，包括太阳能光伏集热系统及自动清洁系统,所述光伏集热系统包括太阳能光伏板18和集热水管6，所述太阳能光伏板18安装在保温框12上，且与外界光伏回路相连输送电能，在保温框12与太阳能光伏板18之间紧贴太阳能光伏板18处装有集热水管6，所述集热水管6一端接在自来水管处，另一端与储水箱7相连接；所述自动清洁系统包括喷淋管3、小型水泵22、驱动电机20、光传感器16、温度传感器21、喷淋管支撑台4、滑轮a5-1、滑轮b5-2、滑轮c5-3、滑轮d5-4、传送带a17-1、传送带b17-2、刮水刷片19以及清洁剂喷射装置13，所述驱动电机20布置在保温框12边框上专设的装置平台上，所述刮水刷片19设在保温框12的上边框上，与光伏板18表面紧贴，喷淋管3放置在保温框12上边框的喷淋管支撑台4上，两个光传感器16分别安装在太阳能光伏板18表面玻璃板的内外两侧，温度传感器21设在太阳能光伏板18表面，喷淋管3与小型水泵22相接，小型水泵22放在保温框12上边框底部的平台上，清洁剂喷射装置13通过螺钉连接紧贴在保温框12的下边框上，所述光传感器16、温度传感器21、小型水泵22、以及驱动电机20与控制器1电气连接，所述控制器1放置在太阳能光伏板18上方的可通往自来水管、储水箱7以及小型水泵22的三通处，所述控制器1与太阳能光伏板18蓄电池电气连接。
所述太阳能光伏板18倾斜角度可调，所述太阳能电池板18通过三角形支架8上的调节杆25在滑槽9内移动，调节杆25通过转轴24的转动来调节角度，调节杆25通过定位螺栓11固定在定位孔10内，在滑槽9的槽面上设有倾斜角度的刻度。
所述太阳能光伏板18表面敷设一层疏水荷叶膜，所述刮水刷片19采用氯丁橡胶或三元乙丙橡胶材料制作。
本发明基于荷叶疏水性原理的可自动除尘的太阳能光伏集热系统功能是这样实现的：
如图1、图2所示，保温框12整体嵌在三角形支架8上，三角形支架8上有专门的凹槽来放置保温框12。三角形支架用不锈钢材料制作，直接放置在平整的地面上即可，也可在支架内部增加重物以增加其稳定性。所述三角形支架8角度可调，从而可以调节太阳能光伏板18的倾斜角，可适应不同地区(经纬度、海拔等)，所述太阳能电池板18通过三角形支架8上调节杆25在滑槽9内的移动以及调节杆25在转轴24作用下转动来调节角度，然后由定位螺栓11将调节杆25固定在定位孔10中，具体角度可根据滑槽9上的刻度来确定。保温框12底板上方为集热水管6，保温框12内部填充有保温材料，可维持集热水管6内的水温。太阳能光伏板18放在保温框12上部设置的凹槽内，下方为集热水管6。在太阳能光伏板18表面玻璃敷设一层疏水荷叶膜，在水流的作用下可有效清除灰尘。在太阳能光伏板上表面的玻璃内外表面两侧设置有两个光传感器11，可通过这两个光传感器来计算表面玻璃的透光率。在表面玻璃左上方粘连有温度传感器21，用来感应光伏板表面温度。
如图3所示，在太阳能光伏板18上方布置有除尘组件，包括有驱动电机20、滑轮a5-1、滑轮b5-2、滑轮c5-3、滑轮d5-4、传送带a17-1、传送带b17-2、清洁喷射装置13、传动杆14、导向块15、刮水刷片19、喷淋管3、喷淋管支撑台4、小型水泵22、水管2、控制器1、其中驱动电机20布置在保温框12边框上方设置的装置平台上，滑轮5-1与驱动电机20连接；在保温框12下边框底部设有两个导向块15，两个导向块15上设有同轴的通孔，有一传动杆14穿过两个导向块15上的通孔，与保温框12转动连接，滑轮5-2与滑轮5-3固定连接在传动杆14两端，滑轮5-4与保温框12转动连接。其中滑轮5-1和滑轮5-2与传送带17-1配合连接，滑轮5-3和滑轮5-4与传送带17-2配合连接，传送带17-1和传送带17-2对称分布在太阳能光伏板18的两侧，且相互平行。小型水泵22放在保温框12上边框底部的平台上，小型水泵22一端与喷淋管3相接，一端与控制器1相连，控制中有两个开关，来控制通往喷淋管的水流来向。
当由光传感器16测得的透光率小于设定值时，小型水泵22自动向喷淋管3中输送水流，并由喷头23喷出冲刷太阳能光伏板18表面的疏水荷叶膜，然后驱动电机20也自动转动带动滑轮5-1转动，滑轮5-1带动传送带17-1转动，传送带17-1带动滑轮5-2转动，滑轮5-2通过传动杆14带动滑轮5-3转动，滑轮5-3带动传送带17-2转动，传送带17-2带动滑轮5-4转动，从而实现整体的转动，进而带动刮水刷片19在太阳能光伏板18表面往复运动。
其中，当温度传感器21感应到太阳能光伏板18表面温度低于设定值时，控制器1会打开通往储水箱7的开关，由储水箱7向喷淋管3提供热水，以热水冲刷太阳能光伏板18表面，以避免冷水冲刷导致光伏板表面结冰。当温度传感器21感应到太阳能光伏板18表面温度较高时，控制器1会打开通往自来水管的开关，由自来水管向喷淋管3供水。若温度传感器21感应到太阳能光伏板表面温度过高时，即使不满足透光率条件，控制器也会打开通往自来水管的开关，由小型水泵将自来水抽向喷淋管3，喷淋管3喷出水流对太阳能光伏板18表面进行降温。控制器1作为控制枢纽，除可控制喷淋管水流来向外，可接受自光传感器16、温度传感器21传来的信号，从而对小型水泵22、驱动电机20做出指令，控制其运行时间，在保温框12下边框上装有清洁剂喷射装置13，可由控制器控制定时，一般可设置为每月一次喷射，可清理太阳能光伏板18表面可能存在的油污，在装置背面有一按钮，可人为控制喷射。在清洁剂喷射装置13内部装有微型电机，清洁剂可在所述微型电机的转动作用下由喷射装置喷射到太阳能光伏板18表面。所述光传感器16、温度传感器21、小型水泵22、驱动电机20以及清洁剂喷射装置内部微型电机与控制器1电气连接，所述控制器1放置在太阳能光伏板18的上方的可通往自来水管、储水箱7以及小型水泵22的三通处。所述控制器1与太阳能光伏板18蓄电池电气连接。在某些特定情况下，也可人为通过控制器1来控制整个系统的运转。
如图4所示，为集热水管6内部剖面图。集热水管6进口端在保温框12左下方，与自来水管相连，冷水流稳定而缓慢地由集热水管6进口端流入，吸收太阳能光伏板18散发的热量，从而提升水温，再由位于保温框12右上方的集热水管6出口流出，储存在位于三角形支架8右方的储水箱7中。
如图5所示，为喷淋管3详图。所述喷淋管3上装有喷头23，可使管中水流均匀而密集的喷洒到太阳能光伏板18表面疏水荷叶膜26上，提高清洁效率。
如图6所示，为系统水流流向图。所述集热水管6由自来水管稳定缓慢的供水，然后吸收由太阳能光伏板18散发的热量，最后储存在储水箱7中。自来水管、储水箱7都与喷淋管3相接，根据实时的温度状况，控制器1选择性打开通往自来水管或储水箱7的开关。
如图7所示，为系统电量走向图。所述控制器1、驱动电机20、小型水泵22以及清洁剂喷射装置13所需电量由太阳能光伏板18储存电量提供，太阳能光伏板18其余电量通过光伏回路输送到电能管理系统。
实施例
1、滑轮组件5可用同等大小的齿轮组件替换，放置位置及具体运行方式参考滑轮组件即可。
2、如图8a、图8b、图8c所示，集热水管6可用热管组代替，利用热管对热量的快速传递来对储水箱7中的自来水进行快速加热。其中在储水箱7内的部分热管组为冷凝端，在保温框内的部分为蒸发端。当蒸发端接收到太阳能光伏18板散发的热量时，热管中的液体迅速蒸发，蒸汽在微小的压力差下流向冷凝端，并且释放热量对储水箱内的水进行加热，然后热管组内冷凝的液体再靠毛细力的作用流回蒸发端，如此往复循环，可对储水箱7内冷水进行快速加热。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统，其特征是:包括太阳能光伏集热系统及自动清洁系统,所述光伏集热系统包括太阳能光伏板(18)和集热水管(6)，所述太阳能光伏板(18)安装在一个保温框(12)上，且与外界光伏回路相连输送电能，在保温框(12)与太阳能光伏板(18)之间紧贴太阳能光伏板(18)处装有集热水管(6)，所述集热水管(6)一端接在自来水管处，另一端与储水箱(7)相连接；所述自动清洁系统包括喷淋管(3)、小型水泵(22)、驱动电机(20)、光传感器(16)、温度传感器(21)、喷淋管支撑台(4)、滑轮a(5-1)、滑轮b(5-2)、滑轮c(5-3)、滑轮d(5-4)、传送带a(17-1)、传送带b(17-2)、刮水刷片(19)以及清洁剂喷射装置(13)，所述驱动电机(20)布置在保温框(12)边框上专设的装置平台上，所述刮水刷片(19)设在保温框(12)上边框上，与太阳能光伏板(18)表面紧贴，喷淋管(3)放置在保温框(12)上边框的喷淋管支撑台(4)上，两个光传感器(16)分别安装在太阳能光伏板(18)表面玻璃板的内外两侧，温度传感器(21)设在太阳能光伏板(18)表面，喷淋管(3)与小型水泵(22)相接，小型水泵(22)放在保温框(12)上边框底部的平台上，清洁剂喷射装置(13)通过螺钉连接紧贴在保温框(12)的下边框上，所述光传感器(16)、温度传感器(21)、小型水泵(22)、以及驱动电机(20)与控制器(1)电气连接，所述控制器(1)布置在太阳能光伏板(18)的上方的可通往自来水管、储水箱(7)以及小型水泵(22)的三通处，所述控制器(1)与太阳能光伏板(18)蓄电池电气连接。
2.根据权利要求1所述基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统，其特征是:所述太阳能光伏板(18)倾斜角度可调，所述太阳能电池板(18)通过三角形支架(8)上的调节杆(25)在滑槽(9)内的移动，调节杆(25)通过转轴(24)的转动来调节角度，调节杆(25)通过定位螺栓(11)固定在定位孔(10)内，在滑槽(9)的槽面上设有倾斜角度的刻度。
3.根据权利要求1所述基于荷叶疏水性原理的自清洁太阳能光伏集热系统，其特征是:所述太阳能光伏板(18)表面敷设一层疏水荷叶膜(26)，所述疏水荷叶膜是一种由高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、光稳定剂及复合抗氧剂等材料合成的高分子膜，具有跟荷叶表面相似的超疏水性。
4.根据权利要求1所述基于荷叶疏水性原理的可自动除尘的太阳能光伏集热系统，其特征是:所述刮水刷片(19)采用氯丁橡胶或三元乙丙橡胶等材料制作。
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