CN107812733A - 一种水动力光伏电池板清洗刷 - Google Patents
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Abstract
一种水动力光伏电池板清洗设备，包括水力原动机（微型冲击式水轮机）、减速传动装置、圆盘刷、工作杆及进水管、连接支架等。清水流过微型冲击式水轮机做功后再流到电池板表面，微型冲击式水轮机带动圆盘刷旋转清洗。操作员手握工作杆推着清洗设备沿着电池板表面行走即可操作，操控性好，效率高。本机使用高压水泵提供水源（动力源），使用工作压力为4000KPa的清水驱动，圆盘刷转速在700r/min～900 r/min之间；水消耗量可以调整。可应用于各种光伏发电清洗，在日益增长的分布式（小型）光伏发电电池板的清洗领域有广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能光伏电池板清洗刷，属于一种应用于光伏发电电池板清洗的设备；其核心的水力原动机是水轮机领域的微型冲击式水轮机，它属于流体力学和叶轮机械的领域。
背景技术
光伏发电电池板以阵列的形式在露天倾斜安装，污渍、灰尘降低光电转换效率、导致发电减少的问题一直存在，因此，太阳能电池板需要定期清洗。
目前采用的清洗方式主要有人工纯手工清洗、人工用工具清洗、机械化清洗车清洗这几种；另外的在光伏电池板安装固定网管喷淋、光伏板上放置爬行清洗设备器人等方式，由于清洗效果、效率、可靠性、成本等原因，应用尚未普及。
机械化清洗车清洗效率高，在场地平整的大型地面光伏电站有较好应用，它要求平整的地形，对于山坡、大棚、水面及正日益普及的分布式屋顶光伏发电等场地不适合。
人工纯手工清洗是先用水管冲刷淋水，然后再用抹布、拖把等最简易的手工工具清洗，这也是目前我国大部分地方最常用的办法。此方式操作简单、最容易实施，适合任何光伏发电场合，几乎不需要设备投资。但很明显，此方法清洗效果一般，效率很低、工人劳动强度大，耗水率也较大。
人工用工具清洗光伏电池板是使用手持式设备清洗。其设备一般靠电机、小型汽油机、水力等动力源来带动刷子旋转完成清洗。因为清洗电池板一般情况下需要用水，用电机、汽油机的设备相比仅以水为动力源的系统就多了额外的设施，导致系统复杂且存在安全隐患，所以由电动或汽油机为动力的手持式光伏清洗设备应用不广泛。
用水驱动的手持式光伏清洗设备，既利用水做功又利用水冲洗，无需额外动力源，有良好的应用前景；把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械即流体机械中的透平机械，如水轮机，具有悠久的应用历史，冲击式水轮机是水轮机的一种，是借助于导水机构引出具有动能的高压水射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机，其水能利用效率一般都超过90%以上，参见文献1；冲击式水轮机适用于压力高、小流量的应用，也适合做成小型化、微型化的装置。所以，水动力光伏清洗设备，多数采用微型冲击式水轮机（水斗式水轮机）结构做动力源。
微型冲击式水轮机（水斗式水轮机）主要参数的计算公式如下。
采用微型冲击式水轮机结构做动力源的光伏清洗设备，目前市场上已经有成熟的应用，例如德国凯驰公司（Alfred Kärcher GmbH Co. KG，www.karcher.com）的iSolar 系列光伏清洗刷及德国克林德公司（Cleantecs GmBH,www.sola-tecs.com)的Solar-Tecs光伏清洗滚刷，这两款产品都是以高压水驱动，虽然刷子形状不同，一个是圆盘型（凯驰），一个是圆柱型（克林德），但其核心动力源的结构都和微型冲击式水轮机一样：从喷嘴喷出高压水冲击转轮上面的叶片（水斗）使其旋转做功；凯驰公司的iSolar 系列光伏清洗刷采用一个喷嘴，其工作压力约10000KPa～12000KPa（数据来源于实际测试），克林德公司的Solar-Tecs光伏清洗滚刷的工作压力是10000KPa～12000KPa（数据来源于产品说明书），参见文献2及说明书附图2。
关于说明书附图2，本文作者申明：此图选自德国凯驰（Alfred Kärcher GmbH Co.KG）公司及德国克林德公司（Cleantecs GmBH)的产品说明书，说明书系从网上下载，版权及著作权等均归其公司所有；附图文字说明为撰写此说明书时本文作者所加，仅为本文作者对其图的猜测、理解，仅供参考，非德国凯驰公司及德国克林德公司原文或原意。
上述两款设备的优点之一是结构简单、紧凑，但其缺点和不足包括：成本相对较高、转轮使用寿命不理想。它们需要配备造价较高的高压水泵及耐高压管路；对水质的要求也较高，在高压下，水中含杂质过高就像掺杂了磨料一样，会对设备造成严重磨蚀，所以这类设备的进水管一般要求配置专业的前置过滤器；其核心零件转轮，工况较为恶劣，因为其叶片上，需要承受压力超过10兆帕、流量通常超过10升/分钟的高压水的长期冲击，所以转轮的使用寿命可能不理想，需要不定期的更换。
基于此，有必要研发新的技术方案，改进现有水动力源的结构，研发一种使用相对较低压力工作的光伏清洗设备，将能够降低成本、提高寿命，具有极高的商业价值。
发明内容
本发明要解决的问题：提供一种使用低于5000KPa压力清水的长寿命、较低成本的水动力太阳能电池板清洗设备
本发明的技术方案是：
一种水动力光伏电池板清洗设备，其至少包括微型冲击式水轮机1、减速传动装置2、圆盘刷3、工作杆及进水管4、连接支架5等；使用有压力的清水为工作介质，作为动力源的微型冲击式水轮机，由固定安装的喷嘴和转轮组成，有4个喷嘴，其转轮有23个叶片（水斗），相比于单喷嘴，多喷嘴的优点是分散了叶片受力点、降低了工作压力、转轮的受力对称、动平衡好；其装配方式为：微型水轮机下面安装减速传动装置，圆盘刷固定安装在减速传动装置的输出轴上，微型水轮机及传动装置有外壳罩住，外壳同样承担着将做功后的水引流到电池板上的作用，连接支架将两个前述装置连接在一起，进水管及工作杆安装在连接支架上；其工作过程为：高压水通过进水管流经工作杆及连接支架，流到微型冲击式水轮机，通过均匀分布的4个喷嘴喷射到转轮的23个叶片（水斗）上，使转轮旋转做功，通过减速传动装置带动两个圆圆盘刷转动工作，水再流到电池板表面完成冲洗。
通过调节进水压力（调整高压水泵的工作压力），可以调节流量的大小，改变微型水轮机转轮的转速，进而调整圆盘刷的转速。
减速传动装置可以是开放式的，也可以采用密封的齿轮箱结构。转轮的材料可以用任何合适的材料制造，因为它的形状复杂，加工困难，优选的制造方法是使用尼龙66用模具注塑成型。
工况参数范围：要使两个圆盘刷转速达到800r/min，经计算，输出功率约300瓦左右，高压水的压力在2000KPa～5000KPa之间；其流量在0.15×10-3m3/s～0.3×10-3m3/s之间；经实测及反复验算，得到如下结果：
微型水轮机的转轮参数：转轮外径在114毫米～118毫米之间，优选的，转轮外径116毫米。
工作压力：工作压力在2000KPa～5000KPa。优选的，额定工作压力为4000KPa；
工作流量：流过微型冲击式水轮机的高压水的流量在0.15×10-3m3/s～0.3×10-3m3/s之间，优选的，其额定工作流量为0.25×10-3m3/s。
圆圆盘刷的转速：圆圆盘刷转速在700r/min～900 r/min之间，优选的，圆盘刷的额定工作转速为800 r/min。
有益效果
由于尚未查询到使用较低压力水、与本发明结构及尺寸相近或类似的手持光伏清洗设备的文献或应用，故本发明首次提供了一种能使用工作压力在2000KPa～5000KPa之间的水驱动光伏清洗设备。
附图说明
图1是本发明的正立面剖面图
图2是现有水动力光伏清洗设备的结构示意图
图3是本发明的立体外观图
图4是本发明的分解图
图5是本发明的微型冲击式水轮机结构示意图
图6是本发明实施时的主要参数输出表
图中附图标记
微型冲击式水轮机1、减速传动装置2、圆盘刷3、工作杆及进水管4、连接支架5、外壳6、喷嘴7、转轮8、转轮的叶片9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1、图3、图4、图5装配的水动力光伏清洗设备，包括微型冲击式水轮机1、减速传动装置2、圆盘刷3、工作杆及进水管4、连接支架5；
调整工作杆的方向和角度，以适合的角度在斜面上面推着清洗设备进行清洗。通过调整水泵上面的调压阀，可以调整出水流量、圆圆盘刷的转速，当压力表指针在4000KPa时，清洗刷处于最优工况。
所述清洗设备实施工况：
常温，工作介质：清水，流量0.25×10-3 m3/s，进水口水压4000KPa
其输出结果见附图6清洗设备主要参数输出表表所示：
最大功率接近320w，空转转速可达850r /min，额定转速是800r /min，此时实测功率为300w，压降为4000KPa，水能利用效率90.7%。
可见本发明设计参数合理，运行性能良好，实测结果符合预期。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
参考文献：
一、郑源 陈德新 著 <水轮机> 中国水利水电出版社; 2011年1月1日
二、德国克林德公司产品说明书下载：
http://www.cleantecs.de/en/downloads.html
德国凯驰公司产品说明书下载：
http://www.kaercher-schmitz.de/pdf2014/6.368-454.0_01.pdf
Claims (7)
1.一种水动力光伏电池板清洗设备，其包括微型冲击式水轮机（1）、减速传动装置（2）、圆盘刷（3）、工作杆及进水管（4）、连接支架（5）等，使用有压力的清洁高压水为工作介质，高压水驱动的微型冲击式水轮机（微型水斗式水轮机）做功，通过减速传动装置带动两个圆盘刷旋转；其特征在于：高压水的工作压力在2000KPa~5000KPa 之间；高压水通过微型冲击式水轮机上均匀分布的4个喷嘴喷射到转轮的23个叶片（水斗）上，驱动转轮转动做功。
2.根据权利要求1所述清洗设备，其特征在于：高压水的额定工作压力为4000KPa。
3.根据权利要求1所述清洗设备，其特征在于：流过微型冲击式水轮机的高压水的流量在0.15×10-3m3/s～0.3×10-3m3/s之间，优选的，其额定工作流量为0.25×10-3m3/s。
4.根据权利要求1所述清洗设备，其特征在于：其圆盘刷转速在700r/min～900 r/min之间，优选的，圆盘刷的额定工作转速为800 r/min。
5.根据权利要求1所述清洗设备，其特征在于：微型冲击式水轮机的转轮的直径在114毫米到118毫米之间，优选的，转轮直径116毫米。
6.根据权利要求1所述清洗设备，其特征在于：传动减速装置的结构可以是开放式或者密封式的，优选的，包含在密封齿轮箱内的一级或二级直齿圆柱齿轮减速传动装置。
7.根据权利要求1所述清洗设备，其特征在于：转轮的材料可以由任何合适材料制成，例如金属及非金属，优选的，采用尼龙66。
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