CN111492184A - 自动太阳能电池板清洁方法 - Google Patents

Abstract

提供了使用大气水发生器(104)自动清洁太阳能电池板(102)的方法。该方法包括使用大气水发生器(104)产生水的步骤。可以存储水以用于清洁操作。该系统(100)可以监视太阳能电池板发电的效率。如果效率下降到一定水平以下(这可能表明太阳能电池板(102)很脏)，则系统(100)可以自动启动清洁操作。储存的水可以通过管道(118)和喷嘴(120)泵送以清洁太阳能电池板(102)。该系统(100)可以自动启动大气水发生器(104)以补充使用的水。该系统(100)可以使用由太阳能电池板(102)产生的一部分电力来执行清洁和水产生操作。因此，提供了一种自动且独立的太阳能电池板清洁方法和系统。

Description

自动太阳能电池板清洁方法

技术领域

本发明提供了自动太阳能电池板清洁，尤其是利用大气水产生的自动太阳能电池板清洁。

背景技术

太阳能电池板用于通过吸收太阳光作为能源来发电。太阳能电池板主要包括提供太阳能光伏(PV)系统的光伏阵列的PV模块。太阳能PV系统通常包括PV模块阵列、逆变器、用于电存储的一个或多个电池和布线连接。太阳能电池板用于广泛工业和住宅应用中，以提供来自太阳能的电能，并且在许多应用中，太阳能电池板存在于完全偏远的地区。太阳能电池板的效率会降低，并受面板上灰尘和污渍的影响，因此需要清洁面板，尤其是在偏远地区，因为偏远地区通常会受到极端环境的影响，从而加剧了太阳能电池板的污染(例如沙漠)。

由于偏远地区的太阳能电池板由于许多问题而难以清洁，包括：(a)在可能导致安全风险增加的现场的可接受性；(b)是否有清洁液源(例如水)；和(c)是否有人员清洁面板。

因此，需要一种清洁太阳能电池板的方法来克服上述困难。一个主要的困难是有可用的水来清洁面板，尤其是在偏远地区。结果，如果在靠近太阳能电池板的偏远地区提供水，并且可以在系统的和自动化的方式下进行面板的清洁过程而不会受到人员的干扰，则可以解决清洁太阳能电池板的问题。本发明的系统解决了本文所公开的这些和其他问题。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的系统的示意图；和

图2示出了根据其的框图。

具体实施方式

参照图1，示出了自动太阳能清洁(ASC)系统100的实施例。ASC系统100包括多个太阳能电池板102。太阳能电池板102可以是太阳能发电系统(例如，太阳能发电场)的一部分。太阳能电池板102可以是大型发电系统的一部分，在该大型发电系统中，在区域中将数百个太阳能电池板组合在一起(例如，以多排)。然而，ASC系统100也可以与较小规模的系统结合使用(例如，屋顶应用以及在商业和住宅物业上)。

太阳能电池板的放置要考虑几个因素，包括时间和太阳辐射强度以及土地的可用性。因此，太阳能电池板可以位于偏远和/或干旱的沙漠区域。但是，作为常规太阳能电池板维护的一部分，太阳能电池板需要定期清洁。由于可以放置太阳能电池板的偏远和/或干旱区域，水源(例如，地下水、地表水、雨水、市政水)可能不可用。因此，提供了大气水发生器(AWG)104以直接从大气中的湿度收集水分。产生的水可以收集起来并存储起来，然后用于清洁太阳能电池板，这将在下面进行更详细的讨论。

AWG 104基于制冷循环进行操作，并使用冷凝盘管使空气中发现的环境湿度冷凝在盘管上并形成水滴。在授予Forsberg的美国专利6,182,453中公开了AWG的一个实例，该专利的全部内容通过引用合并于此。随着更多的水凝结，液滴将被收集并存储在储罐中。可以按比例放大或缩小AWG 104的尺寸，以满足太阳能电池板清洁操作对水的需求。例如，大型太阳能发电场可以配备包括多个大型冷凝器盘管的大型AWG单元，以产生大量的水，和/或可以在各个位置使用多个AWG单元为太阳能发电场提供服务。

AWG 104需要电源来运行其各种电子设备和冷凝器泵。因此，AWG 104可以经由例如电线106连接到太阳能电池阵列的一个或多个太阳能电池板102。由于AWG 104需要电源才能工作，因此可以直接从太阳能电池板102提取电源。可以提供太阳能逆变器108，以将由太阳能电池板收集的能量转换为电能，该电能可以用于直接为AWG 104供电和/或为电池110充电。例如，太阳能逆变器108将光伏太阳能电池板的可变直流(DC)输出转换成交流电(AC)，AWG可以使用该交流电。AWG 104还可包括其自己的用于发电的专用太阳能电池板，从而不需要绑定到太阳能电池板102阵列的发电系统中。可以提供电池110以将电力输送到AWG 104。例如，由太阳能电池板102产生的电力发生在阳光明媚的白天。但是，这不是操作AWG 104的最佳时间，因为在阴天和/或夜间环境空气湿度可能会更高。这样，当太阳能电池板102不发电时，在这些时间中操作AWG 104以发电是更有效的。电池110可以在峰值太阳能发电状况期间存储来自太阳能电池板102的电力，并且然后可以在有利的大气水生成状况期间由AWG 104在不同的时间(例如，晚上)使用已充电的电池110。

由太阳能电池板102产生的、不用于自动水发生器104或清洁操作的电力例如作为正常发电操作的一部分被发送到区域电网。提供负载电线112以将功率发送到负载功率处理器单元114，该负载功率处理器单元将由太阳能电池板产生的功率发送到电网。

在AWG 104已经产生水之后，水可以被存储在可以在AWG 104内部和/或可以包括外部储水箱的储水箱116中。AWG 104可以操作以产生水，直到在储水箱116中收集到足够的水量，以便供应水以执行清洁操作。

管系统118连接到AWG 104和储水箱116，使得收集的水可以被引导到太阳能电池板102上以进行清洁。可以为每个太阳能电池板单元提供喷嘴120阵列。由于太阳能电池板通常倾斜一定角度以便更有效地捕获阳光，因此可以将喷嘴120放置在太阳能电池板102的上侧。这样，当水从喷嘴120喷到太阳能电池板102的表面上时，重力使水在太阳能电池板的表面上移动并向下侧滴下。水的喷射和/或水在太阳能电池板102的表面上的运动起到从太阳能电池板102的表面去除碎屑(例如，灰尘和/或其他沉积物)的作用。该系统可以包括泵122(例如，在AWG 104的内部或外部)，该泵可以增加通过管道118和喷嘴120输送的水的压力。实际上，对于太阳能电池板阵列放置在比AWG 104高的许多安装，如图1所示，泵122是将水升高到与喷嘴120管道连接必不可少的。虽然可能希望包括泵122以任何布置为清洁操作提供水压，但在某些布置中，可以将AWG 104和/或储水箱放置为使水可以通过管道重力输送(例如，垂直放置在太阳能电池板平面上方)。在某些布置中，下侧收集系统可用于收集清洁后从太阳能电池板上滴落的水。然后可以清洁收集到的水，以从水中去除收集到的碎屑，并且可以将水再循环以用于将来的清洁操作。这种水的循环利用可以减少AWG产生系统所需的所有水的负担。

AWG 104还可以包括饮用水入口124。由于由AWG 104产生的水是直接从大气中收集的，因此它自然是高质量的并且污染物少。因此，水可以由在太阳能电池板站点上工作的人员用于饮用，鉴于站点可能偏僻，这在紧急情况下特别有用。

参照图2，控制器200可以控制ASC系统100的各种系统的操作。控制器由在与控制器相关联的处理器内实现或执行的代码配置。控制器采用常规设计的存储器，以及其他常规硬件，以使控制器能够响应条件(信号)并根据其编程实现命令。控制器200可以提供信号以提供功率来操作泵122，该泵提供给太阳能电池板以进行清洁。例如，可以以规则的时间间隔(例如每30分钟、60分钟、120分钟或其他时间间隔)清洁太阳能电池板。这些间隔可以存储在存储器中，并由在控制器的处理器中实现或由其执行的代码引用。控制器200还可以经由来自与太阳能电池板相关联的传感器的信号来监视太阳能电池板102的输出，以便确定太阳能电池板102是否正在产生能量(例如，当白天太阳不在时和/或太阳被云遮挡时)，并且将清洁操作限制为仅在太阳能电池板102发电时的时间(例如，可仅当发电水平超过特定阈值时进行清洁)，以便与清洁操作相关的水和电力不会被不发电的清洁面板浪费。控制器通过将与感测到的信号相关联的值与存储的阈值进行比较，并根据其编程确定是否启动或抑制或延迟清洁周期来执行这种监视和清洁周期限制。该系统(即，控制器200)还可以包括太阳能传感器，该太阳能传感器测量太阳能输出以便确定是否存在足够的太阳能发电潜力(例如，超过阈值水平)以保证执行清洁操作，如在控制器的处理器中实现或在其中执行代码所确定的。

此外，该系统可以通过仅操作一部分太阳能电池板(例如，通过操作较小的分离的泵和管道系统)来执行点清洁，以清洁例如单个太阳能电池板和/或太阳能传感器。再次使用在其中实现或执行的代码，控制器可以比较点清洁之前(例如，可以存储在存储器中以供以后参考)和之后(再次使用存储在储存器中的数据)的功率输出和/或太阳辐射水平，以确定由于灰尘(与其他因素(例如云)相对)而导致的发电效率降低。如果控制器的编程方式是通过比较得出确定结果，即清洁后超过阈值量有改善(即，该改善在数学上是有意义的)，则控制器可以根据其编程发送信号至泵以泵送水来清洁其余的太阳能电池板。该系统可以使用效率阈值，使得如果发电效率下降到一定水平以下，则控制器可以启动清洁周期。作为一个实例，控制器可以再次使用其处理器中执行或实现的程序，将由于太阳能电池板发电效率降低而损失的能量与执行清洁操作所需的能量进行比较。如果产生的能量损失(例如，由于面板脏污造成的)超过执行清洁操作的功耗，则控制器可以启动清洁循环。

控制器200还可以控制AWG系统104的操作。例如，湿度传感器可以测量大气湿度以确定是否有用于水产生操作的有效条件。通常，大气湿度越高，AWG系统104可产生水的效率越高。如果湿度高于阈值，则控制器200中的编程可以使信号发送到AWG系统104以开始产生水。在某些条件下，AWG系统104的操作阈值可以由控制器200根据控制器编程中考虑的各种因素(包括例如太阳能电池板102的发电效率)自动更改。例如，如果太阳能电池板102非常脏，则清洁太阳能电池板的价值更高。因此，可以降低AWG操作的阈值，从而即使大气湿度相对较低也可以产生水来清洁太阳能电池板。另一方面，如果太阳能电池板以高效率发电(例如，它们相对清洁)，则不需要用于清洁的水产生，因此可以提高AWG阈值。类似地，可以基于存储的水位来调整AWG操作阈值。如果水位高(例如，水的储备量相对较大)，则可以提高AWG阈值，以便仅在高效、有利的条件下才产生水，以及当水位低时(例如，更需要补充水)可以降低阈值，以便即使在条件不是最佳条件下也可以产生水。

此外，当水量充足(例如，存储水位高)且AWG条件良好(例如，高大气湿度)时，由于发电成本相对低，控制器可以更频繁地启动清洁操作，以使太阳能电池板发电保持最佳性能。

控制器200可以自动启动清洁操作并且可以自动启动AWG以产生水，并且系统可以使用由太阳能电池板产生的电力进一步操作，同时在处理器中执行编程以这种方式配置控制器。因此，该系统可以以独立的、自动的方式操作以发电，同时还可以对太阳能电池板进行定期清洁。控制器200可以使用各种传感器数据，例如存储的水位、太阳能发电效率、太阳辐射水平和大气湿度水平等，控制清洁系统(例如，泵的运行)和AWG系统的操作以产生水。而且，系统可以使用天气数据(当前、过去和/或预测)来控制系统的操作。例如，如果最近下雨、当前正在下雨、或者预计在不久的将来下雨，则控制器可以延迟清洁操作，因为考虑到落在太阳能电池板上的雨水可能会起到清洁面板的作用的事实，下雨可以避免执行喷水清洁的需要。

作为操作的一个实例，控制器200测量由太阳能电池板输出的当前太阳能发电量。使用在控制器的处理器中实现或由其执行的程序，将当前的太阳能发电输出与太阳能发电输出的参考水平进行比较(例如，在最近清洁太阳能电池板之后)。如果差异超过可表明太阳能电池板脏了的某个阈值量(从储存器中引用)，那么控制器接下来可以通过读取水位传感器的信号来确定所存储的水位。如果水位高于足以执行清洁操作的阈值，则控制器可以发送信号以操作泵，该泵通过管道和喷嘴泵送水以清洁太阳能电池板。如果水不足以执行清洁操作，则控制器可以向AWG发送信号以开始产生水。同样，这全部是控制器中编程的功能，其可以理解为响应于存储数据、感测数据、内插或外推数据的比较，使用以常规方式引用此类数据的代码来执行此特定应用的新功能。一旦产生足够量的水，控制器就可以结束AWG水的产生操作并启动泵以开始清洁操作。清洁操作的持续时间可以是一个时间间隔，例如，在此之后，控制器可以停止清洁操作。AWG的操作还可以基于清洁所需的水量，以便控制器可以在清洁操作之前启动AWG以产生水，以便可以按需执行清洁。

上文所描述的主题仅以说明方式提供，不应被理解为具有限制性。可以对本文描述的主题进行各种修改和改变，而不遵循图示和描述的示例性实施例和应用，并且不脱离在下面的权利要求中阐述的本发明的真实精神和范围。

值得注意的是，以上附图和实例并不意味着将本申请的范围限制为单个实施方案，因为通过互换所描述或示出的元件中的一些或全部，其它实施方案是可能的。此外，在本申请的某些元件可以使用已知组件来部分或完全实施的情况下，仅描述所述已知组件中对于理解本申请来说必需的那些部分，并且省略对所述已知组件的其它部分的详细描述，以避免混淆本申请。在本说明书中，除非本文中明确地另外陈述，否则示出单个组件的实施方案不一定限于包括多个相同组件的其它实施方案，反之亦然。此外，除非明确这样陈述，否则申请人无意将说明书或所附权利要求书中的任何术语归于不常见或特殊含义。另外，本申请涵盖本文中以说明方式提到的已知组件的当前和未来已知等效物。

具体实施方案的以上描述将如此充分地揭示本申请的一般性质，以至于其他人可通过应用相关领域技术范围内的知识(包括所引用和通过引用并入本文中的文件的内容)，在不过度实验、不脱离本申请的一般概念的情况下，来容易地修改和/或调适如特定实施方案的各种应用。因此，基于本文中所呈现的教示和指导，此类调适和修改意欲在所公开具体实例的等效物的含义和范围内。应理解，本文中的措词或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员根据本文中呈现的教示和指导，结合相关领域技术人员的知识来解释。应理解，所论述或示出的尺寸是根据一个实例示出的附图，并且在不脱离本发明的情况下可以使用其它尺寸。

尽管上文已经描述了本申请的各种实施方案，但是应理解，这些实施方案仅通过实例而不是限制性的方式来呈现。对于相关领域的技术人员而言显而易见的是，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。因此，本申请不应受到上述实例实施方案中的任一者的限制。

Claims (6)

1.一种使用大气水发生器自动清洁太阳能电池板的方法，其包括以下步骤：

使用所述大气水发生器产生水；

储存所述大气水发生器产生的水；

监测由所述太阳能电池板产生的电力的效率，以确定发电效率的降低；

将太阳能发电效率的降低与太阳能发电阈值进行比较；

当确定所述太阳能发电效率的降低高于所述太阳能发电阈值时，开始清洁操作；和

通过管道和喷嘴的系统输送储存的水，以将水喷射到所述太阳能电池板的表面上，以清洁所述太阳能电池板。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述大气水发生器产生水的步骤进一步包括以下步骤：

比较所述太阳能发电效率的降低与大气水产生操作功耗；和

在确定所述太阳能发电效率的降低大于水产生操作功耗时，操作所述大气水产生器以产生水。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述大气水发生器产生水的步骤在清洁操作之前发生。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：

测量太阳辐射水平；和

将太阳辐射与太阳辐射阈值进行比较；

其中所述清洁操作基于确定所述太阳辐射水平高于所述太阳辐射阈值开始。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：

测量储存水的量；和

将测得的储存水的量与水阈值进行比较；

其中所述清洁操作在确定所测量的储存水的量高于所述水阈值时开始。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以下步骤：

测量大气湿度水平；和

比较测得的大气湿度水平和湿度阈值；

其中确定所测得的大气湿度水平高于所述湿度阈值时开始产生水。

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