CN113198754B - 一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置及方法，通过半导体制冷降低空气温度，并使得空气中的部分水蒸气凝结在半导体的制冷端面上形成水珠，水珠收集在蓄水箱中作为光伏板自清洁的水源；为了维持空气的流动，提出在光伏板的顶部安装空气排出通道，空气排出通道外表面涂黑色吸热涂层；在太阳能的加热下，空气排出通道升温，并与进口通道内的空气形成温差，形成烟囱效应，驱动空气自动从排出通道顶端排出。自清洁采用擦拭方式，通过电机驱动橡胶制清洗刷，引入电动阀控制蓄水箱的出水时间，配合清洗刷对光伏板表面进行深度清洁，本发明解决了光伏板自清洁的取水问题，具有应用范围广、节能、自动化程度高等优点。

Description

一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置及方法

技术领域

本发明属于太阳能光伏领域，具体涉及从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置及方法。

背景技术

太阳能是最主要的可再生能源之一，如何将太阳能高效转化为电能一直是全世界关注的焦点。光伏发电是常见的太阳能发电方式之一，具有转换效率相对较高、安全，以及灵活等特点。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应(即半导体在受到光照射时产生电动势的现象)而将光能直接转变为电能的一种技术，这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，即太阳能光伏板。

光伏板表面的透光性是影响光伏发电效率的重要因素，因此需要维持光伏板表面的清洁度。然而，随着时间的推移，暴露在空气中的光伏板表面必定会产生污垢，从而大大降低光伏发电效率。因此，光伏表面的清洁技术受到越来越多的重视。光伏表面的清洁技术可以分为主动和被动两种方式，被动技术采用在光伏板表面镀特殊的疏水涂层从而减少污垢在光伏表面的附着可能性，但是被动式技术只能缓解光伏板表面的结垢，而不能彻底消除污垢。与被动技术相比，主动技术更加灵活多变，污垢清除也更加彻底。常见的主动技术包括高压水射流和擦除方式。目前，光伏板的清洁多采用主动技术，且需要人员操作，这极大增加了光伏板的维护成本，特别是难以在一些偏远或复杂地区推广。光伏板自清洁则可以彻底解决人员维护的缺点，且光伏板可以为自清洁提供动力来源。常见的一些光伏板自清洁技术，需要提供水源或通过收集雨水。人为提供水源实际上违背了自清洁原则，因为也需要人员的参与；而收集雨水的方式则极大增加了自清洁系统的不稳定性，且不适用于一些干旱少雨地区(如沙漠地区)。

发明内容

本发明提供一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置及方法，能够解决现有光伏板自清洁系统的取水问题，可保证光伏发电系统的高效稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置，包括半导体制冷片、空气通道、蓄水箱和布水装置；所述空气通道用于将空气导向所述半导体制冷片的冷端，使空气中水蒸气凝结；所述蓄水箱用于收集凝结水；所述布水装置用于将所述蓄水箱中的凝结水导向所述太阳能光伏板的表面。

进一步的，所述空气通道包括空气进入通道、横向汇合通道和空气排出通道；所述空气进入通道竖向设置，底部为空气进口，顶部为空气出口，与所述横向汇合通道的空气进口连通；所述半导体制冷片的冷端设置于所述横向汇合通道内；所述横向汇合通道的空气出口与所述空气排出通道连通；所述横向汇合通道的底部设有凝结水出口，所述蓄水箱位于凝结水出口下方。

进一步的，所述空气排出通道的出口处设置有无动力排风扇。

进一步的，所述空气排出通道内安装电动风机。

进一步的，所述蓄水箱上设有凝结水出水管，凝结水出水管上设有电动阀；所述布水装置包括分配水箱，与所述凝结水出水管连通；所述分配水箱位于所述太阳能光伏板的上方，其底部沿太阳能光伏板的水平方向均匀布置有若干个喷嘴。

进一步的，还包括擦拭装置，所述擦拭装置包括位于所述太阳能光伏板两侧的两个滑轨、可分别沿两个滑轨移动的两个电机、两端分别固定于两个电机的清洗刷；所述清洗刷在电机的驱动下可对所述太阳能光伏板的表面进行清洗。

进一步的，所述太阳能光伏板自清洁装置所需的电能均来自所述太阳能光伏板产生的电力。

进一步的，在太阳能光伏板的两侧布置有空气进入通道，空气经过进入通道上升。光伏板两侧的空气进入通道通过横向汇合通道连通，在横向汇合通道的顶部布置有半导体制冷片，半导体制冷片的冷端放置在横向汇合通道的内部，而半导体制冷片的热端放置在横向汇合通道的外部，半导体制冷片通过电力驱动，所需的电力来自光伏板。半导体制冷片通电后，冷端可以产生较低的温度，而热量则传递到热端并扩散到大气环境中。

进一步的，横向汇合通道底部为V型凹槽表面，凹槽表面的中间有缝隙，空气中水蒸气凝结产生的水珠从缝隙进入蓄水箱。

进一步的，经过半导体制冷片冷端降温的冷空气在横向汇合通道中间汇合，并进入空气排出通道，空气排出通道的外表面涂黑色吸光涂层，在有太阳的条件下可被太阳能加热，空气排出通道与横向汇合通道中被冷却空气之间形成温差，从而形成“烟囱效应”，保证冷空气自动从排出通道的上部排出到大气中。

基于上述太阳能光伏板自清洁装置的太阳能光伏板自清洁方法，包括如下步骤：

步骤1：在太阳能的加热下，空气排出通道逐渐升温，并加热空气排出通道内的空气，空气排出通道内的空气与空气进入通道内的空气形成温差，为空气的流动提供动力；

步骤2：空气在横向汇合通道内流经半导体制冷片的冷端，空气中的水蒸气凝结形成水珠，在重力的作用下，流入蓄水箱中储存；

步骤3：蓄水箱上设有凝结水出水管，凝结水出水管上设有电动阀，电动阀处于常闭状态，当需要对太阳能光伏板进行清洗时，打开电动阀，则水进入布水装置；

步骤4：太阳能光伏板上设置用于清洁太阳能光伏板表面的擦拭装置，在布水装置将凝结水导向太阳能光伏板的表面时，同时开启擦拭装置。

与现有方法相比，本发明具有如下有益技术效果：1、通过引入空气中取水的概念彻底解决了光伏板自清洁的取水问题，该取水方式大大扩大了光伏板自清洁技术的应用范围，即使是干旱沙漠也能适用；2、提出了半导体制冷方式，无运动部件，可保证取水系统的长期稳定运行；3、利用太阳能加热形成的“烟囱效应”为空气流动提供动力，最大限度减少了空气流动所需的动力；4、电动风机精确控制空气流速，电动阀精确控制蓄水出流时间，发明具自动化程度高、运行维护成本低的特点。

附图说明

图1为本发明的一种装置正面示意图；

图2为本发明的一种装置侧面示意图；

图中标号：1、光伏板；2、空气进入通道；3、横向汇合通道；4、半导体制冷片；5、水珠；6、空气排出通道；7、排风扇；8、电动风机；9、V型凹槽表面；10、蓄水箱；11、分配水箱；12、壁面；13、电动阀；14、喷嘴；15、滑轨；16、电机；17、清洗刷。

具体实施方式

本发明提出从空气中取水作为光伏板自清洁的水源，为此发明引入了半导体制冷，让空气流经半导体的制冷端，从而使得空气降温，空气中的部分水蒸气凝结在半导体的制冷端面上并形成水珠。水珠在重力的作用下，最终流入蓄水箱中储存。

为了维持空气的流动，发明提出利用太阳能加热形成的烟囱效应提供动力，即将空气的流动布置成从下往上的流动方式。通过在光伏板两侧对称安装两个空气进入通道，冷空气从进入通道底部进入，并在进入通道中从下往上流动。在光伏板的顶部考虑安装一个空气排出通道，空气在进入排出通道之前经过半导体制冷片进一步冷却，之后由空气排出通道的顶部排出到环境中。空气排出通道外表面涂黑色吸热涂层以便吸收太阳能，在太阳能的加热下，空气排出通道逐渐升温，并加热空气排出通道内的空气，排出通道内的空气与进口通道内的空气形成温差，从而产生“烟囱效应”，为空气的流动提供动力。空气排出通道的出口处同时安装了无动力排风扇，利用风力进一步驱动空气流动，同时为了精准控制空气的流动速度，在空气排出通道内安装电动风机。

光伏板自清洁采用擦拭方式，并通过电机驱动，为此在光伏板两侧的空气进入通道上表面考虑各安装一条滑轨，滑轨上安装电机，电机通电后可沿着滑轨上下移动，电机与一橡胶制清洗刷相连接，电机在运动的同时可以带动清洗刷运动，从而擦拭光伏板表面。在清洗刷清洗光伏板表面的过程中将蓄水箱中的水引流到光伏板表面，为此本发明引入了电动阀控制蓄水箱水的流出时间，从蓄水箱中流出的水进入分配水箱，分配水箱的底部均匀布置有若干喷嘴，喷嘴安装在光伏板顶部，经过喷嘴的水均匀地从光伏板顶部流下。

本发明中的半导体制冷片、风机以及电动阀均通过光伏板产生的电力驱动。

下面结合图1和图2，对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1和图2所示，在光伏板1的两侧布置有空气进入通道2，空气经过进入通道2上升并进入横向汇合通道3，在横向汇合通道3的顶部布置有半导体制冷片4，半导体制冷片4的冷端放置在横向汇合通道3的内部，而半导体制冷片4的热端放置在横向汇合通道3的外部，半导体制冷片4通过电力驱动，所需的电力来自光伏板。半导体制冷片4通电后，冷端可以产生较低的温度，而热量则传递到热端并扩散到大气环境中。空气在流经半导体制冷片4的冷端时会发生凝结现象，并在冷端表面产生水珠5。水珠5最终在重力作用下从半导体制冷片4的冷端表面掉落，并掉到横向汇合通道3底部的V型凹槽表面9，凹槽表面9的中间有缝隙，水珠从缝隙进入蓄水箱10。

经过半导体制冷片4冷端降温的冷空气在横向汇合通道3中间汇合，并进入空气排出通道6，空气排出通道6的外表面涂有黑色吸光涂层，在有太阳的条件下可被加热，空气排出通道6与横向汇合通道3中被冷却的空气之间形成温差，从而形成“烟囱效应”，冷空气在“烟囱效应”的作用下自动从排出通道6的上部排出到大气中；为了增加空气的流动速度，在空气排出通道6的出口布置了无动力排风扇7，以及在空气排出通道6的上部布置电动风机8。

蓄水箱10和分配水箱11之间通过壁面12连接，壁面12上有电动阀13连通蓄水箱10和分配水箱11。电动阀13可通过光伏板1产生的电力驱动。电动阀13平时处于常闭状态，当需要对光伏板进行清洗时，打开电动阀13，则水通过蓄水箱10进入分配水箱11，分配水箱11底部开有若干喷嘴14，分配水箱11中的水经过喷嘴14流到光伏板1上表面顶部，并在重力作用下顺着光伏板向下流动；在光伏板1两侧的空气进入通道2的上表面各固定有一条滑轨15，滑轨15上安装电机16，电机16可沿滑轨移动，电机16上安装橡胶制清洗刷17，清洗刷17随着电机16一起运动，在水的润滑作用下，清洗刷17可达到清洗光伏1的作用。

Claims (7)

1.一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置，其特征在于，包括半导体制冷片、空气通道、蓄水箱和布水装置；所述空气通道用于将空气导向所述半导体制冷片的冷端，使空气中水蒸气凝结；所述蓄水箱用于收集凝结水；所述布水装置用于将所述蓄水箱中的凝结水导向所述太阳能光伏板的表面；

所述空气通道包括空气进入通道、横向汇合通道和空气排出通道；所述空气进入通道竖向设置，底部为空气进口，顶部为空气出口，与所述横向汇合通道的空气进口连通；所述半导体制冷片的冷端设置于所述横向汇合通道内；所述横向汇合通道的空气出口与所述空气排出通道连通；所述横向汇合通道的底部设有凝结水出口，所述蓄水箱位于凝结水出口下方；

所述太阳能光伏板自清洁装置所需的电能均来自所述太阳能光伏板产生的电力；

所述空气排出通道的外表面涂有吸热涂层以吸收太阳能加热空气。

2.根据权利要求1所述的一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置，其特征在于，所述空气排出通道的出口处设置有无动力排风扇。

3.根据权利要求1所述的一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置，其特征在于，所述空气排出通道内安装电动风机。

4.根据权利要求1所述的一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置，其特征在于，所述横向汇合通道的底部为V型凹槽，V型凹槽的中间有凝结水出口，凝结水从凝结水出口进入蓄水箱。

5.根据权利要求1所述的一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置，其特征在于，所述蓄水箱上设有凝结水出水管，凝结水出水管上设有电动阀；所述布水装置包括分配水箱，与所述凝结水出水管连通；所述分配水箱位于所述太阳能光伏板的上方，其底部沿太阳能光伏板的水平方向均匀布置有若干个喷嘴。

6.根据权利要求1所述的一种从空气中取水的太阳能光伏板自清洁装置，其特征在于，还包括擦拭装置，所述擦拭装置包括位于所述太阳能光伏板两侧的两个滑轨、可分别沿两个滑轨移动的两个电机、两端分别固定于两个电机的清洗刷；所述清洗刷在电机的驱动下可对所述太阳能光伏板的表面进行清洗。

7.基于权利要求1所述太阳能光伏板自清洁装置的太阳能光伏板自清洁方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在太阳能的加热下，空气排出通道逐渐升温，并加热空气排出通道内的空气，空气排出通道内的空气与空气进入通道内的空气形成温差，为空气的流动提供动力；

步骤2：空气在横向汇合通道内流经半导体制冷片的冷端，空气中的水蒸气凝结形成水珠，在重力的作用下，流入蓄水箱中储存；

步骤3：蓄水箱上设有凝结水出水管，凝结水出水管上设有电动阀，电动阀处于常闭状态，当需要对太阳能光伏板进行清洗时，打开电动阀，则水进入布水装置；

步骤4：太阳能光伏板上设置用于清洁太阳能光伏板表面的擦拭装置，在布水装置将凝结水导向太阳能光伏板的表面时，同时开启擦拭装置。

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