CN110061681A - 一种荒漠光伏电站系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种荒漠光伏电站系统，包括用于吸收太阳辐射的光伏板，所述光伏板设置在支撑板上，所述支撑板通过支撑杆和角度转轴与底座连接，还包括用于集中管理所述荒漠光伏电站系统的集中处理器，用于测量光照强度的测量模块，由于荒漠地区风沙较大，天气条件恶劣，容易造成光伏组件表面大量灰尘的堆积，影响光伏板的发电效率，本发明还设置了清理模块，以解决灰尘堆积影响发电效率的问题。本发明对光伏板与底座之间的角度进行调整，同时增加清理模块，有效解决了吸收阳光效率低，灰尘遮挡光伏板导致光伏转换效率差的问题。

Description

一种荒漠光伏电站系统
技术领域
本发明涉及电力供电领域，具体而言，涉及一种荒漠光伏电站系统。
背景技术
中国西北地区有着中国最为丰富的太阳能资源，这里气候干燥，降雨量极少，日光直接照射的时间很长，而这些地区恰恰也是中国受风沙侵袭最严重的地区。随着太阳能等新能源的开发，不少光伏电站建造及运营者开始探索光伏发电与荒漠治理相结合的“光伏治沙”模式，光伏组件板遮蔽阳光直射有效降低了地表水的蒸发；光伏板的遮阴效果能使蒸发量减少20％到30％，并且光伏组件板还能够有效降低风速。这能很好改善植物的生存环境。正是基于上述原因包括牧草在内的众多地表植被才得以生长；而地表植被的出现又反过来有助于地表的固沙保水，生态的改善对太阳能发电同样是有利的。扬起的灰尘对发电量的影响比较大，而植被能减少灰尘的扬起。由此可见，光伏组件板对于阳光直射的阻隔而产生新的生态环境对于荒漠化治理能够产生正向作用。
光伏电站是指与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统，可以减少污染气体排放，属国家鼓励的绿色能源项目。荒漠中光热资源丰富，长年光照可达3000小时以上，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔，目前我国在部分荒漠中已经建成光伏电站，但是这些荒漠地区风沙较大，尤其春秋季节，天气条件恶劣，容易造成光伏组件表面大量灰尘，且光伏组件通常为固定装置，不能很好的吸收太阳光，严重影响光伏组件的发电效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种荒漠光伏电站系统，以解决上述因大量灰尘覆盖光伏板影响光伏组件发电效率的问题。
为实现上述目的，本发明提出的荒漠光伏电站系统，包括用于吸收太阳辐射的光伏板，所述光伏板设置在支撑板上，所述支撑板通过支撑杆和角度转轴与底座连接，还包括用于集中管理所述荒漠光伏电站系统的集中处理器，用于清理所述光伏板表面灰尘的清理模块和用于测量光照强度的测量模块。
进一步地，所述支撑杆的一端通过蜗轮中心轴连接在蜗轮上，并随其一起运动，支撑杆的另一端通过滑块转轴连接在滑块上，输出曲线运动。
进一步地，所述支撑板的两侧分别开设一滑块槽，所述滑块在支撑杆的带动下，沿滑块槽做相对直线运动，滑块带动滑块槽，也即，带动支撑板做曲线运动，调整相对应的控制角度。
进一步地，所述底座的内部开设一电机槽，所述电机槽内安装第一电机，所述第一电机的输出轴保持水平，所述第一电机输出轴连接蜗杆，所述蜗杆与蜗轮相互耦合，蜗轮与支撑杆通过蜗轮中心轴连接，所述第一电机向蜗杆输出一旋转动作，所述蜗轮与蜗杆的组合将水平旋转运动转化为直线运动，带动支撑杆运动。
进一步地，为了能够使所述光伏板最大限度地接收太阳辐射，所述光伏板与底座之间的角度根据下述公式(1)进行调整，
其中，γ为所述光伏板与底座之间的角度，A表示光照强度，A0表示年均光照强度，T表示日照平均时间，Td表示日照最差季节每天的等效日照时间，γ0表示初始角度，C表示角度修正系数，其中，角度修正系数为0.95。
进一步地，所述集中处理器根据上述公式(1)调节所述光伏板与底座之间的角度γ，使光伏板能够根据季节和天气的变化，智能的调节出最合理的角度，最大化的发挥其功能。
进一步地，所述测量模块包括用于测量光照强度的照度计，其测量数据传输至所述集中处理器中，以完成公式(1)的运算。
由于荒漠地区风沙较大，天气条件恶劣，容易造成光伏组件表面大量灰尘的堆积，影响光伏板的发电效率，本发明实施例设置了清理模块，以解决灰尘堆积影响发电效率的问题。
所述清理模块包括用于缠绕牵引绳的滚筒，滚筒的左右两侧分别设置滚筒支架，所述滚筒支架固定在所述支撑板上部的左右两端，用于支撑所述滚筒，所述滚筒的两侧各有一滚轴，所述滚轴的一端与一连接轴连接，另一端与减速器连接，所述减速器位于滚筒内部，所述减速器与所述滚筒一体成型。
进一步地，所述连接轴与第二电机连接，所述第二电机通过带动连接轴转动从而驱动减速器，控制滚筒的转动。
进一步地，所述第二电机安装在电机盒上，能够有效保护电机不受外界环境的干扰，延长使用寿命。
进一步地，所述清理模块还包括用于清理光伏板表面的毛刷，所述毛刷通过所述牵引绳与所述滚筒连接，牵引绳在滚筒的带动下能够调节长度，从而带动毛刷上下移动。
进一步地，所述毛刷的外侧为不锈钢金属块，在毛刷擦拭光伏板时提供一定的压力。
进一步地，所述金属块为中空结构，靠近毛刷的一面设有间距为1cm的小孔，所述小孔相互连通，所述金属块的上方开设一个通孔，所述通孔可以连接所有小孔，所述通孔与一小型空气压缩机连接，所述小型空气压缩机用于产生压缩空气清除所述光伏板表面的灰尘。
进一步地，所述空气压缩机根据所述光伏板角度γ控制空气流速f：
其中，A表示光照强度，n表示所述光伏板的表面温度，a表示光照时间，w表示所述光伏板的功率，S表示所述光伏板的有效面积，γ表示所述光伏板与底座之间的角度。进一步地，所述毛刷的下端还设置一橡胶刮板，所述橡胶刮板与所述光伏板呈45°角，用于刮除毛刷清理后残留在所述光伏板表面的细小灰尘。
进一步地，所述支撑板的下端连接一挡板，挡板高度与毛刷外侧的不锈钢金属块一致，所述挡板为耐腐蚀材料。
进一步地，所述挡板与所述光伏板之间留有空隙，以便于将光伏板上清理下的尘土漏下。
进一步地，所述挡板的表面设置第一压力传感器，滚筒的表面设置第二压力传感器，用于感应毛刷的位置变化，所述第一压力传感器和第二压力传感器检测到压力信息传输至所述集中处理器，集中处理器根据挡板及滚筒表面的压力信息控制滚筒转动方向。
进一步地，所述光伏板的表面还设置太阳辐射传感器，用于测量太阳辐射强度m，并将测量结果传输至集中处理器。
进一步地，所述集中处理器实时计算所述荒漠光伏电站的转换效率，
其中，E为所述荒漠光伏电站的转换效率，p表示所述光伏板的输出功率，m表示实时的太阳辐射强度，a表示所述光伏板的有效面积，η表示修正系数，η的取值为0.98。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的荒漠光伏电站系统能够控制光伏板的角度，光伏板根据季节和天气的变化，智能的调节出最合理的角度，最大化的发挥其功能。
本发明还设置清理模块，能够有效解决由于荒漠地区风沙较大，天气条件恶劣，容易造成光伏组件表面大量灰尘的堆积，影响光伏板的发电效率的问题。
进一步地，所述清理模块设置压缩机，用以压缩空气对光伏板进行清洁。所述空气压缩机根据光伏板与底座之间的角度调整空气流速，空气的流速随着角度的增加而减小，当光伏板与底座之间的角度较小时，光伏板相对水平，压缩机需要提供较大的空气流速，对光伏板进行清洁，而当光伏板与底座之间的角度较大时，光伏板相对竖直，尘土等杂物在重力的作用下比较容易脱落于光伏板，压缩机提供较小的空气流速即可达到清洁光伏板的目的。同时，所述压缩机控制空气的流速还与所述光伏板的面积成正比，光伏板的面积越大，空气流速就越大，以便能够更快地清理光伏板表面污垢。
进一步地，所述清理模块的毛刷外侧为不锈钢金属块，在毛刷擦拭光伏板时提供一定的压力，使得光伏板清理得更加快速干净，所述毛刷材质柔软，反复擦拭光伏板不会对其造成损伤，以达到清理光伏板表面灰尘的目的。
进一步地，所述毛刷的下端设置橡胶刮板，所述橡胶刮板与所述光伏板呈45°角，用于刮除毛刷清理后残留在所述光伏板表面的细小灰尘，增强清洁效果。
进一步地，本发明采用零介入工作模式，所述荒漠光伏电站系统能够独立运行，减少人力成本的投入。
进一步地，本发明采用无水清洁模式，节约水资源，更高效、更直接的清理灰尘、污物。
进一步地，本发明依靠传感器传输数据，集中处理器智能分析、控制系统，结构简单，设计合理，能够有效提高光伏转换效率，具有很好的实用性，能产生较高的经济效益和良好的社会效应
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例荒漠光伏电站系统的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。
需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
此外，还需要说明的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种荒漠光伏电站系统，包括用于吸收太阳辐射的光伏板2，所述光伏板2设置在支撑板20上，所述支撑板20通过支撑杆1和角度转轴7与底座6连接，还包括用于集中管理所述荒漠光伏电站系统的集中处理器4，用于清理所述光伏板表面灰尘的清理模块3和用于测量光照强度的测量模块5。
具体而言，所述支撑杆1的一端通过蜗轮中心轴65连接在蜗轮64上，并随其一起运动，支撑杆1的另一端通过滑块转轴203连接在滑块202上，输出曲线运动。
具体而言，所述支撑板20的两侧分别开设一滑块槽201，所述滑块202在支撑杆1的带动下，沿滑块槽201做相对直线运动，滑块202带动滑块槽201，也即，带动支撑板20做曲线运动，调整相对应的控制角度，以保证光伏板2能够最大限度地接收太阳辐射，提高发电效率。
具体而言，所述底座6的内部开设一电机槽61，所述电机槽61内安装第一电机62，所述第一电机62的输出轴保持水平，所述第一电机输出轴连接蜗杆63，所述蜗杆63与蜗轮64相互耦合，蜗轮64与支撑杆1通过蜗轮中心轴65连接，所述第一电机62向蜗杆63输出一旋转动作，所述蜗轮与蜗杆的组合将水平旋转运动转化为直线运动，带动支撑杆1运动。
为了能够使所述光伏板最大限度地接收太阳辐射，所述光伏板2与底座6之间的角度根据下述公式(1)进行调整，
其中，γ为所述光伏板2与底座6之间的角度，A表示光照强度，A0表示年均光照强度，T表示日照平均时间，Td表示日照最差季节每天的等效日照时间，γ0表示初始角度，C表示角度修正系数，其中，角度修正系数为0.95。
具体而言，所述集中处理器4根据上述公式(1)调节所述光伏板2与底座6之间的角度γ，使光伏板2能够根据季节和天气的变化，智能的调节出最合理的角度，最大化的发挥其功能。
具体而言，所述测量模块5包括用于测量光照强度的照度计，其测量数据传输至所述集中处理器4中，以完成公式(1)的运算。
由于荒漠地区风沙较大，天气条件恶劣，容易造成光伏组件表面大量灰尘的堆积，影响光伏板的发电效率，本发明实施例设置了清理模块3，以解决灰尘堆积影响发电效率的问题。
所述清理模块3包括用于缠绕牵引绳36的滚筒30，滚筒30的左右两侧分别设置滚筒支架301，所述滚筒支架301固定在所述支撑板20上部的左右两端，用于支撑所述滚筒30，所述滚筒30的两侧各有一滚轴，所述滚轴的一端与一连接轴31连接，另一端与减速器连接，所述减速器位于滚筒内部，所述减速器与所述滚筒30一体成型。
具体而言，所述连接轴31与第二电机32连接，所述第二电机32通过带动连接轴31转动从而驱动减速器，控制滚筒的转动。
具体而言，所述第二电机32安装在电机盒33上，能够有效保护电机不受外界环境的干扰，延长使用寿命。
具体而言，所述清理模块3还包括用于清理光伏板2表面的毛刷34，所述毛刷34通过所述牵引绳36与所述滚筒30连接，牵引绳36在滚筒30的带动下能够调节长度，从而带动毛刷34上下移动，所述毛刷材质柔软，反复擦拭光伏板不会对其造成损伤，以达到清理光伏板表面灰尘的目的。
具体而言，所述毛刷34的外侧为不锈钢金属块，在毛刷擦拭光伏板时提供一定的压力，使得光伏板清理得更加快速干净。
具体而言，所述金属块为中空结构，靠近毛刷34的一面设有间距为1cm的若干个小孔，所述小孔相互连通，所述金属块的上方开设一个通孔37，所述通孔37可以连接所有小孔，所述通孔与一小型空气压缩机38连接，所述小型空气压缩机38用于产生压缩空气清除所述光伏板2表面的灰尘。
具体而言，所述空气压缩机38根据所述光伏板角度γ控制空气流速f：
其中，A表示光照强度，n表示所述光伏板的表面温度，a表示光照时间，w表示所述光伏板的功率，S表示所述光伏板的有效面积，γ表示所述光伏板2与底座6之间的角度。
经过上述运算，所述空气压缩机根据光伏板与底座之间的角度γ调整空气流速，空气的流速随着角度γ的增加而减小，当光伏板与底座之间的角度较小时，光伏板相对水平，压缩机需要提供较大的空气流速，对光伏板进行清洁，而当光伏板与底座之间的角度较大时，光伏板相对竖直，尘土等杂物在重力的作用下比较容易脱落于光伏板，压缩机提供较小的空气流速即可达到清洁光伏板的目的。同时，所述压缩机控制空气的流速还与所述光伏板的面积成正比，光伏板的面积越大，空气流速就越大，以便能够更快地清理光伏板表面污垢。还设置一橡胶刮35，所述橡胶刮板35与所述光伏板2呈45°角，用于刮除毛刷清理后残留在所述光伏板2表面的细小灰尘。具体而言，所述支撑板20的下端连接一挡板，挡板高度与毛刷外侧的不锈钢金属块一致，所述挡板为耐腐蚀材料。
具体而言，所述挡板与所述光伏板2之间留有空隙，以便于将光伏板上清理下的尘土漏下。
具体而言，所述挡板的表面设置第一压力传感器，滚筒30的表面设置第二压力传感器，用于感应毛刷的位置变化，所述第一压力传感器和第二压力传感器检测到压力信息传输至所述集中处理器4，集中处理器4根据挡板及滚筒表面的压力信息控制滚筒转动方向。
具体而言，所述光伏板2的表面还设置太阳辐射传感器，用于测量太阳辐射强度m，并将测量结果传输至集中处理器4。
具体而言，所述集中处理器4实时计算所述荒漠光伏电站的转换效率，
其中，E为所述荒漠光伏电站的转换效率，p表示所述光伏板2的输出功率，m表示实时的太阳辐射强度，a表示所述光伏板2的有效面积，η表示修正系数，η的取值为0.98。
本发明所述荒漠光伏电站的转换效率E低于预设值E0时，E0通常取0.17，所述集中处理器发出清理指令，启动电机32，此时滚筒30逆时针转动，放下牵引绳36，毛刷在重力的作用下沿光伏板2向下滑动，同时，所述小型空气压缩机38启动，清理所述光伏板2表面的尘土，当所述毛刷触碰到上述挡板时，集中处理器4接收到来自第一压力传感器的压力信息，此时集中处理器控制第二电机反向转动，滚筒30顺时针转动，收回牵引绳36，毛刷向上移动，当毛刷触碰到滚筒时，集中处理器4接收到来自第二压力传感器的压力信息，控制滚动逆时针转动，如此反复，直至集中处理器测出的实时转换效率E高于预设值E0，停止清理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种荒漠光伏电站系统，其特征在于，包括：
用于吸收太阳辐射的光伏板，所述光伏板设置在支撑板上，所述支撑板通过支撑杆和角度转轴与底座连接；
还包括用于集中管理所述荒漠光伏电站系统的集中处理器，及用于清理所述光伏板表面灰尘的清理模块、用于测量光照强度的测量模块；
所述光伏板与底座之间的角度根据下述公式(1)进行调整，用以根据季节和天气的变化，智能调节出最合理的角度，
其中，γ为所述光伏板与底座之间的角度，A表示光照强度，A0表示年均光照强度，T表示日照平均时间，Td表示日照最差季节每天的等效日照时间，γ0表示初始角度，C表示角度修正系数，其中，角度修正系数为0.95；
所述光伏板的表面还设置太阳辐射传感器，用于测量太阳辐射强度m，并将测量结果传输至集中处理器；
所述集中处理器用于监控所述荒漠光伏电站的转换效率，发出清洁指令；
所述集中处理器实时计算所述荒漠光伏电站的转换效率，
其中，E为所述荒漠光伏电站的转换效率，p表示所述光伏板的输出功率，m表示实时的太阳辐射强度，a表示所述光伏板的有效面积，η表示修正系数，η的取值为0.98。
2.根据权利要求1所述的荒漠光伏电站系统，其特征在于，所述支撑杆的一端通过蜗轮中心轴连接在蜗轮上，并随其一起运动，支撑杆的另一端通过滑块转轴连接在滑块上，输出曲线运动。
3.根据权利要求1所述的荒漠光伏电站系统，其特征在于，所述支撑板的两侧分别开设一滑块槽，所述滑块在支撑杆的带动下，沿滑块槽做相对直线运动，滑块带动滑块槽，带动支撑板做曲线运动，调整相对应的控制角度。
4.根据权利要求1所述的荒漠光伏电站系统，其特征在于，所述底座的内部开设一电机槽，所述电机槽内安装第一电机，所述第一电机的输出轴保持水平，所述第一电机输出轴连接蜗杆，所述蜗杆与蜗轮相互耦合，蜗轮与支撑杆通过蜗轮中心轴连接，所述第一电机向蜗杆输出旋转动作，所述蜗轮与蜗杆的组合将水平旋转运动转化为直线运动，带动支撑杆运动。
5.根据权利要求1所述的荒漠光伏电站系统，其特征在于，所述测量模块包括用于测量光照强度的照度计，其测量数据传输至所述集中处理器中，以完成上述公式(1)的运算。
6.根据权利要求1所述的荒漠光伏电站系统，其特征在于，所述清理模块包括用于缠绕牵引绳的滚筒，滚筒的左右两侧分别设置滚筒支架，所述滚筒支架固定在所述支撑板上部的左右两端，用于支撑所述滚筒，所述滚筒的两侧各有一滚轴，所述滚轴的一端与一连接轴连接，另一端与减速器连接，所述减速器位于滚筒内部，所述减速器与所述滚筒一体成型。
7.根据权利要求6所述的清理模块，其特征在于，所述连接轴与第二电机连接，所述第二电机通过带动连接轴转动从而驱动减速器，控制滚筒的转动，所述第二电机安装在电机盒上。
8.根据权利要求6所述的清理模块，其特征在于，所述清理模块还包括用于清理光伏板表面的毛刷，所述毛刷通过所述牵引绳与所述滚筒连接，牵引绳在滚筒的带动下能够调节长度，从而带动毛刷上下移动，所述毛刷的外侧为不锈钢金属块，在毛刷擦拭光伏板时提供一定的压力；
所述金属块为中空结构，靠近毛刷的一面设有间距为1cm的小孔，所述小孔相互连通，所述金属块的上方开设一个通孔，所述通孔可以连接所有小孔，所述通孔与一小型空气压缩机连接，所述小型空气压缩机用于产生压缩空气清除所述光伏板表面的灰尘；
所述空气压缩机根据所述光伏板角度γ控制空气流速f：
其中，A表示光照强度，n表示所述光伏板的表面温度，a表示光照时间，w表示所述光伏板的功率，S表示所述光伏板的有效面积，γ表示所述光伏板与底座之间的角度。
所述毛刷的下端还设置一橡胶刮板，所述橡胶刮板与所述光伏板呈45°角，用于刮除毛刷清理后残留在所述光伏板表面的细小灰尘。
9.根据权利要求6所述的清理模块，其特征在于，所述支撑板的下端连接一挡板，挡板高度与毛刷外侧的不锈钢金属块一致，所述挡板为耐腐蚀材料，所述挡板与所述光伏板之间留有空隙，以便于将光伏板上清理下的尘土漏下。
10.根据权利要求9所述的清理模块，其特征在于，所述挡板的表面设置第一压力传感器，滚筒的表面设置第二压力传感器，用于感应毛刷的位置变化，所述第一压力传感器和第二压力传感器检测到压力信息传输至所述集中处理器，集中处理器根据挡板及滚筒表面的压力信息控制滚筒转动方向。
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