CN110061691A - 一种基于清洁水循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于清洁水循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，属于光伏发电设备维护领域。本发明可以有效去除太阳能板上的“热斑”，尤其是大颗粒的灰尘和鸟粪。主要部件包括除尘装置控制器、传感器、太阳能控制器、热成像检测仪、步进电机、喷淋装置，电子流量调节阀、进水截止阀、供水箱、水泵、处理水箱、横向固定架、纵向固定架、毛刷、蓄电池、数据传输单元。系统采用自动控制系统，对太阳能板分区域检测清理，调节水量，并回收清洁水二次利用，除尘装置控制器通过太阳能控制器连接太阳能板提供电源，同时并联蓄电池，储存多余电量，达到了节水节能的目的。毛刷纵向清洁，实现了“二次清洁”。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于清洁水循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，属于光伏除尘设备领域。
背景技术
太阳能是被认为最有前景的能源之一，随着能源问题的日益严重，节能减排已经成为了一个令人关注的问题，太阳能已经成为各国竞相开发的绿色能源，同时，随着使用时间的积累，电池板迎光面会逐渐积累一层灰尘主要是无机物SIO2和有机物污染物(鸟粪)等，既削弱了太阳能电池板对光的吸收，影响电池的发电量，也容易因为“热岛效应”造成电池局部发热而损坏。
目前对于太阳能板的清洁方式有三大类：，第一类人工利用工具对光伏组件的表面进行定期的清洗，现在大部分地区的光伏电站都是使用这种方法。但与此同时带来较大的人工成本；第二类是将光伏组件的表面的钢化玻璃用自清洁玻璃代替，对于自清洁玻璃的研究大部分处于实验阶段，且成本昂贵，难以大规模推广。第三类方式为机械装置，以依附于光伏组件的机械移动装置，或利用滚刷，或高压吹扫效果不明显，利用喷水装置一则担心水量，二则担心耗费人力进行现场操作，制约了其进一步发展。如专利201820633006.6，仅仅考虑了自动控制，对于大颗粒的灰尘和难以清除的鸟粪无能为力，再如专利201710646404.1，对清洁水进行了回收利用，但第一次清洁过程中就花费了大量水资源，有很大提高的空间。为了减轻或消除“热斑”影响，在光伏组件接线盒内接入集成旁路二极管，可以在大规模光伏发电系统中，特别是直流端电压较高的系统中起到非常积极的作用，但是组件接线盒中的旁通二极管只能解决组件大面积遮阴对组件输出的影响，对于组件内的个别电池的遮阴或者“热斑”问题而起不到根本作用。通常是组件被局部或全部遮阴时，被遮阴的部分仍有20％到30％的散射辐射到组件上，这时旁通二极管不起作用。
本发明充分考虑了上述问题，其优势在于大颗粒可探测，易清除，节约水量，除尘装置电量有来源。为了解决组件内个别的遮阴和“热斑”采用红外线成像仪拍摄红外图像，可以非接触方式快速发现并定位在大面积太阳能板上的电池热斑；针对大颗粒的灰尘和鸟粪，使用碱性清洗剂清除；为了节水，增加了回收装置，对于回收清洁水，用絮凝剂、活性炭和过滤网组成的过滤装置来净化，并收集雨水同样这样过滤后一并使用；对于除尘控制器的电量来源，接入太阳能板，通过太阳能控制器稳定电压电流，并联一个蓄电器，储存多余电量，当出现大雨大雾等极端天气，太阳能板不能正常工作时，蓄电池为太阳能除尘装置供电。
发明内容
本发明的目的是设计一种基于清洁水循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法。
系统由太阳能板(1)、手机和电脑处理设备(2)、数据传输单元(3)、除尘装置控制器(4)、温、湿度传感器(5)、光照风速传感器(6)、太阳能控制器(7)、蓄电池(8)、步进电机(9)、红外线热成像检测仪(10)、喷淋装置(11)、毛刷(12)、连接杆(13)、限位开关(14)、横向固定架(15)、纵向固定架(16)、回水池(17)、回水管(18)、净化水箱(19)、供水箱(20)、水泵(21)、雨水处理箱(22)、混合箱(23)、供水管(24)、电子流量阀(25)、进水截止阀(26)、框架导轨(27)、工作框架(28)、引入水管(29)、第一过滤装置(30)、第二过滤装置(31)、第一排污阀(32)、第二排污阀(33)、第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)组成；
其中除尘装置控制器(4)有三个连接出口和五个连接入口，第一出口连接着步进电机(9)，第二出口连接着电子流量调节阀(25)，第三出口连接着数据传输单元(3)，五个入口分别依次连接着数据传输单元(3)、温湿度传感器(5)、光照风速传感器(6)、太阳能控制器(7)、红外线热成像检测仪(10)，其中数据传输单元(3)另一侧还连接着手机和电脑处理端(2)，数据传输单元(3)与手机和电脑处理端(2)互相接收和发射信号；
太阳能控制器(7)一端连接太阳能板(1)，另一端连接蓄电池(8)，红外线热成像检测仪(10)由两边的横向固定架(15)固定在太阳能板的正上方，横向固定架(15)连接在两边的纵向固定架(16)上，纵向固定架(16)下方装有毛刷(12)，纵向固定架(16)上方连接着喷淋装置(11)，下方连接回水池(17)，喷淋装置(11)和回水池(17)同步移动，供水箱(20)包含两个入口和一个出口，第一入口连接着混合箱(23)，混合箱(23)与雨水处理箱(22)和引入水管(29)相连，第二入口连接着净化水箱(19)，净化水箱(19)通过回水管(18)与回水池(17)相连，供水箱(20)的出口通过供水管(24)依次连接着水泵(21)、电子流量阀(25)、进水截止阀(26)、喷淋装置(11)，雨水处理箱(22)内部装有第一过滤装置(30)，一边与混合箱(23)相连，一边装有第一排污阀(32)，处理水箱(19)内部也装有过滤装置，一边与供水箱(20)相连，另一边装有第二排污阀(33)；整个工作框架(28)右下方安装步进电机(9)，步进电机(9)输出轴与连接杆(13)相连接，喷淋装置(11)在框架导轨(27)上左右移动。在工作框架(28)的左侧安装限位开关(14)。
系统运行过程为：利用雨水处理箱(18)收集的雨水去除杂质，在混合箱(19)中加入清洁剂使清洁水其呈碱性，处理大颗粒灰尘；并从引入水管(29)中进水混合稀释；通过供水箱(20)经供水泵(21)由供水管(24)进入喷淋装置(11)开始除尘操作；清洗过的清洗水将从回水池(17)经回水管(18)送入净化水箱(19)，使用絮凝剂、活性炭和过滤网进行净化处理，沉淀大颗粒污染物，回水再进入供水箱(20)；由水泵(21)送至喷淋装置(11)上的第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)、第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)均匀喷洒在太阳能板表面；
在太阳能板(1)上的喷淋装置的启动和横向移动由除尘装置控制器(4)操作，除尘装置控制器(4)的信号来源有三个，第一个信号是通过数据传输单元3的来自手机和电脑处理端(1)；第二个信号是在太阳能板(1)由恒向固定架(15)固定的红外线热成像检测仪(10)将辐射信号转变成电信号，确定“热斑”来判断是否启动；第三个信号是来自太阳能板周围温、湿度传感器(5)，风速光照传感器(6)，当出现极端天气状况，能自动关停除尘装置；除尘装置控制器(4)控制着电子流量阀(21)的启停，同时控制步进电机(9)驱动整个喷淋装置，将整个光伏电板分区域，固定步长，且满足喷淋装置(11)能均匀喷洒整个表面；红外线热成像检测仪(10)检测表面“热斑”，除尘完毕后工作框架(28)移动至下一区域，整个工作框架(28)左侧在太阳能板(1)上方处设有限位开关(14)，当喷淋装置(11)和回水池(17)沿着导轨(23)滑动至末端时，限位开关(14)使喷淋装置(11)和回水池(17)沿反方向运动，当整个除尘装置左右移动时，装在纵向固定架(16)上的毛刷(12)能够实现对太阳能板(1)的“二次清洁”。
清洁水回收利用废水后进行处理净化，新的清洁水通过引入水管(29)引入清洁剂后应当使其成碱性，混合箱(19)中添加的清洁剂为美国GE贝迪碱性膜清洗剂MCT511，对于有机物去除特别有效，稀释ph保持在10.5±0.5，可重复使用，稀释比例为1％到3％。
除尘装置控制器(4)中装有光电传感器，一边连接控制电子流量阀(25)，一边控制连接着步进电机(9)、对于太阳能板(1)利用红外线热成像检测仪(10)分块检测，将辐射信号转变后电信号，除尘装置控制器(4)里的电子组件对电信号处理变成可见光图像，进一步分析处理，出现明显“热斑”后，除尘装置控制器(4)中的电信号处理装置输出控制信号启动电子流量阀(25)按设定时长运行，最后若发现无法消除“热斑”的话通过数据传输单元(3)发送至手机和电脑端处理设备(2)反馈给工作人员。
安装在喷淋装置(11)上的第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)、第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)的设置当使清洁水能均匀覆盖整个分块区域，喷淋装置(11)到第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)、第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)的部分应该采用渐缩管，可以增大出水压力后喷洒太阳能板(1)；喷淋装置(11)和回水池(17)同时横向移动，横向移动时，装在上面纵向的毛刷(12)可以对太阳能板进行横向清洁。
雨水处理箱(22)中设有第一过滤装置(32)，净化水箱(19)中设有第二过滤装置(33)，有效过滤清洗过太阳能板(1)的废水，并且净化水箱(19)和雨水处理箱(22)两侧还装有第一排污阀(32)和第二排污阀(33)，定期排滤渣。
除尘装置控制器(4)的电源来自太阳能板(1)，由于太阳能板(1)提供的电流电压不稳定，中间经过太阳能控制器(7)稳定电流电压，多余电量储存在蓄电池(8)中；当出现大雨大雾的这样的极端天气时，除尘装置控制器(4)检测太阳能板发电量不稳定，从而启动蓄电池(8)给除尘装置控制器(4)提供电量。
除尘装置控制器(4)连接着温湿度传感器(5)和风速光照传感器(6)，还通过数据传输单元(3)连接手机和电脑端处理设备(2)，方便人为控制，利用温湿度传感器(5)和风速光照传感器(6)可以选择最适合除尘的天气环境。
附图说明
附图1为本发明的原理图。
附图1中的标号名称：1.太阳能板、2手机和电脑处理设备、3.数据传输单元、4.除尘装置控制器、5.温、湿度传感器、6光照风速传感器、7.太阳能控制器、8.蓄电池、9.步进电机、10.红外线热成像检测仪、11.喷淋装置、12.毛刷、13连接杆、14.限位开关、15.横向固定架、16.纵向固定架、17.回水池、18.回水管、19.净化水箱、20.供水箱、21.水泵、22.雨水处理箱、23.混合箱、24.供水管，25.电子流量阀、26.进水截止阀、27.框架导轨、28.工作框架、29引入水管、30.第一过滤装置、31.第二过滤装置、32.第一排污阀、33.第二排污阀、34.第一喷嘴、35.第二喷嘴、36.第三喷嘴、37.第四喷嘴。
具体实施方式
如图所示，一种基于水循环自动检测大颗粒灰尘清除系统主要包括1.太阳能板、2手机和电脑处理设备、3.数据传输单元、4.除尘装置控制器、5.温、湿度传感器、6光照风速传感器、7.太阳能控制器、8.蓄电池、9.步进电机、10.红外热成像检测仪、11.喷淋装置、12.毛刷、13连接杆、14.限位开关、15.横向固定架、16.纵向固定架、17.回水池、18.回水管、19.净化水箱、20.供水箱、21.水泵、22.雨水处理箱、23.混合箱、24.供水管、25.电子流量阀、26.进水截止阀、27.框架导轨、28.工作框架、29.引入水管、30.第一过滤装置、31.第二过滤装置、32.第一排污阀、33.第二排污阀、34.第一喷嘴、35.第二喷嘴、36.第三喷嘴、37.第四喷嘴。
使用安装在横向固定架15的红外线热成像检测仪10对分块的太阳能板1的表面进行检测“热斑”，红外线热成像检测仪10将辐射信号转变成电信号，除尘装置控制器4里的电子组件对电信号处理分析后启动电子流量阀25，清洁水经喷淋装置11上的喷嘴34喷洒，按设定时长清洗，例如十分钟后，再次检测，如果仍有“热斑”在其表面再次启动，两次后发现还有“热斑”则放弃这块区域的清洗，转而通过数据传输单元3向手机和电脑处理设备2发出信号。提醒工作人员需人工处理。然后除尘装置控制器4驱动步进电机9移动工作框架28至太阳能板1的下一区域。
从供水箱20出来的清洁水，从供水管24里经过水泵21、电子流量阀25和进水截止阀26，从喷淋装置11上的喷嘴34均匀清洗分块的太阳能板1，然后由回水池17经回水管18进入净化水箱19。净化水箱19的废水经第二过滤装置31，第一过滤装置30和第二过滤装置31均由活性炭、絮凝剂和过滤网组成，净化水箱19另一端装有第二排污阀33，净化后的清洁水进入供水箱中20。供水箱20的另一端，由平常收集的雨水处理箱22，把经过第一过滤装置30处理的雨水，在混合箱23加入清洁剂美国GE贝迪碱性膜清洗剂MCT511，稀释Ph值保持在10.5±0.5，可重复使用，通常的清洁剂稀释比例为1％到3％，使清洁水其成碱性，送入供水箱20中；雨水处理箱22和净化水箱19分别装有第一排污阀32和第二排污阀33，定期排出滤渣。雨水和废水的二次利用以此来节水；喷淋装置11与第一喷嘴34、第二喷嘴35、第三喷嘴36、第四喷嘴37间采用渐缩管，以增加出口压力。
除尘装置控制器4的电源通过太阳能控制器7连接着太阳能板1，平常使用太阳能板1发电的多余电量，还连接着蓄电池8，将多余电量储存在蓄电池8中，当大雨大雾等极端天气，太阳能发电不稳定，则用蓄电池8对除尘装置控制器4供电。除尘装置控制器4还同时连接着温、湿度传感器5和光照风速传感器6进行对周围环境的检测，应选择晴朗天气进行热像检查，因为云朵会降低太阳辐射强度，并产生热辐射干扰；安静的环境也比较有利，因为太阳能电池板表面的任何气流会造成传递性冷却，从而降低热梯度；空气温度越低，潜在热对比度就越高；手机和电脑客户处理设备2通过数据传输单元3连接着除尘装置控制器4，方便人为控制，同时除尘装置控制器4的操作状况能通过传输数据单元3反馈给手机和电脑客户处理设备；除尘装置控制器4连接电子流量阀25和步进电机9，当对一个区域清洗完毕后，驱动步进电机9移动至下一区域；步进电机9驱动连接杆13移动工作框架28在框架导轨27上移动。在工作框架28上的纵向固定架16上垂直向下装有毛刷12，实现横向的二次清洁。
Claims (8)
1.一种基于清洁水循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于：
由太阳能板(1)、手机和电脑处理设备(2)、数据传输单元(3)、除尘装置控制器(4)、温、湿度传感器(5)、光照风速传感器(6)、太阳能控制器(7)、蓄电池(8)、步进电机(9)、红外线热成像检测仪(10)、喷淋装置(11)、毛刷(12)、连接杆(13)、限位开关(14)、横向固定架(15)、纵向固定架(16)、回水池(17)、回水管(18)、净化水箱(19)、供水箱(20)、水泵(21)、雨水处理箱(22)、混合箱(23)、供水管(24)、电子流量阀(25)、进水截止阀(26)、框架导轨(27)、工作框架(28)、引入水管(29)、第一过滤装置(30)、第二过滤装置(31)、第一排污阀(32)、第二排污阀(33)、第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)组成；
其中除尘装置控制器(4)有三个连接出口和五个连接入口，第一出口连接着步进电机(9)，第二出口连接着电子流量调节阀(25)，第三出口连接着数据传输单元(3)，五个入口分别依次连接着数据传输单元(3)、温湿度传感器(5)、光照风速传感器(6)、太阳能控制器(7)、红外线热成像检测仪(10)，其中数据传输单元(3)另一侧还连接着手机和电脑处理端(2)，数据传输单元(3)与手机和电脑处理端(2)互相接收和发射信号；
太阳能控制器(7)一端连接太阳能板(1)，另一端连接蓄电池(8)，红外线热成像检测仪(10)由两边的横向固定架(15)固定在太阳能板的正上方，横向固定架(15)连接在两边的纵向固定架(16)上，纵向固定架(16)下方装有毛刷(12)，纵向固定架(16)上方连接着喷淋装置(11)，下方连接回水池(17)，喷淋装置(11)和回水池(17)组成了工作框架(28)，喷淋装置(11)和回水池(17)同步移动；供水箱(20)包含两个入口和一个出口，第一入口连接着混合箱(23)，混合箱(23)与雨水处理箱(22)和引入水管(29)相连，第二入口连接着净化水箱(19)，净化水箱(19)通过回水管(18)与回水池(17)相连，供水箱(20)的出口通过供水管(24)依次连接着水泵(21)、电子流量阀(25)、进水截止阀(26)、喷淋装置(11)，雨水处理箱(22)内部装有第一过滤装置(30)，一边与混合箱(23)相连，一边装有第一排污阀(32)，处理水箱(19)内部也装有过滤装置，一边与供水箱(20)相连，另一边装有第二排污阀(33)；整个工作框架(28)右下方安装步进电机(9)，步进电机(9)输出轴与连接杆(13)相连接，喷淋装置(11)在框架导轨(27)上左右移动；在工作框架(28)的左侧安装限位开关(14)。
2.根据权利要求1所述的一种基于清洁水系统的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于包括以下过程：
利用雨水处理箱(18)收集的雨水去除杂质，在混合箱(19)中加入清洁剂使清洁水其呈碱性，处理大颗粒灰尘；并从引入水管(29)中进水混合稀释；通过供水箱(20)经供水泵(21)由供水管(24)进入喷淋装置(11)开始除尘操作；清洗过的清洗水将从回水池(17)经回水管(18)送入净化水箱(19)，使用絮凝剂、活性炭和过滤网进行净化处理，沉淀大颗粒污染物，回水再进入供水箱(20)；由水泵(21)送至喷淋装置(11)上的第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)、第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)均匀喷洒在太阳能板表面；
在太阳能板(1)上的喷淋装置的启动和横向移动由除尘装置控制器(4)操作，除尘装置控制器(4)的信号来源有三个，第一个信号是通过数据传输单元3的来自手机和电脑处理端(1)；第二个信号是在太阳能板(1)由恒向固定架(15)固定的红外线热成像检测仪(10)将辐射信号转变成电信号，确定“热斑”来判断是否启动；第三个信号是来自太阳能板周围温、湿度传感器(5)，风速光照传感器(6)，当出现极端天气状况，能自动关停除尘装置；除尘装置控制器(4)控制着电子流量阀(21)的启停，同时控制步进电机(9)驱动整个喷淋装置，将整个光伏电板分区域，固定步长，且满足喷淋装置(11)能均匀喷洒整个表面；红外线热成像检测仪(10)检测表面“热斑”，除尘完毕后工作框架(28)移动至下一区域；整个工作框架(28)左侧在太阳能板(1)上方处设有限位开关(14)，当喷淋装置(11)和回水池(17)沿着导轨(23)滑动至末端时，限位开关(14)使喷淋装置(11)和回水池(17)沿反方向运动，当整个除尘装置左右移动时，装在纵向固定架(16)上的毛刷(12)能够实现对太阳能板(1)的“二次清洁”。
3.根据权利要求1所述的一种基于清洁水系统循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于：
清洁水回收利用废水后进行处理净化，新的清洁水通过引入水管(29)引入清洁剂后应当使其成碱性，混合箱(19)中添加的清洁剂为美国GE贝迪碱性膜清洗剂MCT511，对于有机物去除特别有效，稀释ph保持在10.5±0.5，可重复使用，稀释比例为1％到3％。
4.根据权利要求1所述的一种基于清洁水系统循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于：
除尘装置控制器(4)中装有光电传感器，一边连接控制电子流量阀(25)，一边控制连接着步进电机(9)、对于太阳能板(1)利用红外线热成像检测仪(10)分块检测，将辐射信号转变后电信号，除尘装置控制器(4)里的电子组件对电信号处理变成可见光图像，进一步分析处理，出现明显“热斑”后，除尘装置控制器(4)中的电信号处理装置输出控制信号启动电子流量阀(25)按设定时长运行，最后若发现无法消除“热斑”的话通过数据传输单元(3)发送至手机和电脑端处理设备(2)反馈给工作人员。
5.根据权利要求1所述的一种基于清洁水系统循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于：
安装在喷淋装置(11)上的第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)、第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)的设置当使清洁水能均匀覆盖整个分块区域，喷淋装置(11)到第一喷嘴(34)、第二喷嘴(35)、第三喷嘴(36)、第四喷嘴(37)的部分应该采用渐缩管，可以增大出水压力后喷洒太阳能板(1)；喷淋装置(11)和回水池(17)同时横向移动，横向移动时，装在上面纵向的毛刷(12)可以对太阳能板进行横向清洁。
6.根据权利要求1所述的一种基于清洁水系统循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于：
雨水处理箱(22)中设有第一过滤装置(32)，净化水箱(19)中设有第二过滤装置(33)，有效过滤清洗过太阳能板(1)的废水，并且净化水箱(19)和雨水处理箱(22)两侧还装有第一排污阀(32)和第二排污阀(33)，定期排滤渣。
7.根据权利要求1所述的一种基于清洁水系统循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于：
除尘装置控制器(4)的电源来自太阳能板(1)，由于太阳能板(1)提供的电流电压不稳定，中间经过太阳能控制器(7)稳定电流电压，多余电量储存在蓄电池(8)中；当出现大雨大雾的这样的极端天气时，除尘装置控制器(4)检测太阳能板发电量不稳定，从而启动蓄电池(8)给除尘装置控制器(4)提供电量。
8.根据权利要求1所述的一种基于清洁水系统循环的太阳能板大颗粒自动除尘系统及方法，其特征在于：
除尘装置控制器(4)连接着温湿度传感器(5)和风速光照传感器(6)，还通过数据传输单元(3)连接手机和电脑端处理设备(2)，方便人为控制，利用温湿度传感器(5)和风速光照传感器(6)可以选择最适合除尘的天气环境。
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