CN114665814A - 一种光伏板自动清洁系统及其控制方法 - Google Patents

一种光伏板自动清洁系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

为了解决雨雪和灰尘覆盖导致的光伏板发电效率低的问题，本发明提供了一种光伏板自动清洁系统及其控制方法，包括供水模块、清洗模块以及控制模块，所述供水模块由独立设置的雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块以及蓄水箱组成，所述雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块分别与蓄水箱进水口相连，所述蓄水箱出水口与清洗模块相连，所述控制模块分别与雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块以及蓄水箱上的泵体连接，控制模块可根据设定的清洗周期和蓄水箱的上下限液位控制供水以及清洗工作。

Description

一种光伏板自动清洁系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及光伏发电设备技术领域，特别涉及一种光伏板自动清洁系统及其控制方法。
背景技术
太阳能是一种清洁可再生的资源。我国大部分地区都具有丰富的太阳能资源，适合进行光伏发电产业。合理利用太阳能资源，大力推动光伏发电是未来清洁能源发展的新趋势。全国组织开展的整县(市、区)推进屋顶分布式光伏开发更是增加了户用光伏发电的比例。光伏板是将太阳能转换成电能的设备，直接放置于阳光下。长期使用后，光伏板表面会有灰尘和污渍，不但会影响光伏板的发电效率，减少发电量，严重还会产生热斑效应，导致组件寿命减短乃至损坏。因此，对太阳能光伏板进行及时的除尘和清洗显得尤为重要。
此外，太阳能电板的表面温度对其输出功率有着重要影响, 特别是温度超过一定范围以后, 其输出功率不再随辐射能的增加而增加。初始温度为室温的条件下, 光伏板表面的温度每升高10℃, 其输出功率下降5%左右。夏季清洗太阳能光伏板的过程中，喷洒的水在光伏板上吸热蒸发，可以降低光伏板温度，进一步增强光伏板发电效率。
目前户用光伏板的清洗主要由人采用自来水进行冲刷淋水和擦干，不仅劳动强度大，工作不安全，效率低，光伏板清洁质量不高，而且没有充分利用免费的水资源。现有技术如公告号为CN114039541A的中国专利，利用吸附式空气取水技术对太阳能光伏板进行清洗，但需要额外提供吸附式空气取水模块，增加了成本。专利CN109818564A、CN108521266A虽然对雨水进行收集、过滤后所用，但并未做到对免费水资源利用最大化，而且也没有考虑冬季对光伏板的除雪除霜等。
截止到2020年，全国居民每百户空调拥有量达到117.7台，居民每户都采用了空调在夏季降温。而空调工作过程中产生的冷凝水大多直接排放，可能在地面生成青苔，浸湿墙体并损坏外墙。此外空调冷凝水的温度只有十几度，喷淋到光伏板上除蒸发吸热外，还可以直接对板面降温，从而进一步增加光伏板的发电效率。因此对户用光伏板的清洁除雨水外还可以充分利用空调冷凝水，并结合屋顶上太阳能集热器的水对光伏板自动清洁。集热器的混合水温度可以调节到最适合冬季光伏板的发电温度外，还可以调节到适合除雪除霜的温度。从而该系统可以节约人力，节省水资源，提高光伏板的发电效率。
发明内容
为了解决雨雪灰尘覆盖导致光伏板发电效率低的问题，本发明提供了一种光伏板自动清洁系统，采用的技术方案如下：
一种光伏板自动清洁系统，其特征在于，包括供水模块、清洗模块以及控制模块，所述供水模块由独立设置的雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块以及蓄水箱组成，所述雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块分别与蓄水箱进水口相连，所述蓄水箱出水口与清洗模块相连，所述控制模块分别与雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块以及蓄水箱上的泵体连接，控制模块可根据设定的清洗周期和蓄水箱的上下限液位控制供水以及清洗工作。
优选的，所述雨水收集模块主要包括雨水箱和雨水泵，所述雨水泵连接于雨水箱和蓄水箱之间。
优选的，所述雨水箱上端设置有盖板，所述盖板横截面呈W形结构，并且盖板低点设置有与雨水箱内部连通的进水孔。
优选的，所述雨水泵进水口与雨水箱出水口连接处设置有过滤网。
优选的，所述冷凝水收集模块包括冷凝水提升泵，所述冷凝水提升泵进水口与冷凝水管路相连，冷凝水提升泵出水口与蓄水箱相连。
优选的，所述热水收集模块包括太阳能热水器热水管、自来水管、恒温混水阀以及热水泵，太阳能热水器热水管和自来水管均与恒温混水阀进水口相连，恒温混水阀通过热水泵与蓄水箱相连。
优选的，所述清洗模块包括喷淋装置和清理装置，所述喷淋装置由喷淋泵、喷淋管固定架、喷淋管以及喷头组成，所述喷淋管通过喷淋管固定架固定在光伏板支架上，多喷头沿喷淋管长度方向分布，所述清理装置由驱动电机、两组丝杠、刮板组成，两组丝杠通过轴承转动连接在光伏板相对两侧，驱动电机动力输出轴与丝杠传动相连，所述刮板两端与两丝杠螺母固定连接，此外，靠近喷淋泵出水口一侧的喷淋管上设置有电磁开关阀。
优选的，所述控制模块包括控制器、设置于蓄水箱内的液位传感器，所述液位传感器、冷凝水提升泵与控制器信号输入端相连，所述雨水泵、热水泵、喷淋泵、电磁开关阀以及驱动电机与控制器信号输出端相连。
一种光伏板自动清洁系统控制方法，其特征在于，控制器内预设有蓄水箱上下液位、清洗周期、雨水泵工作时间参数，具体的，包括以下步骤：
1）控制器监测冷凝水提升泵是否工作，若冷凝水提升泵工作，且当蓄水箱内液位到达液位传感器预设上液位时，控制器控制雨水泵和热水泵关闭、电磁开关阀和喷淋泵开启，通过喷淋泵和喷水管对光伏板进行喷水，直至液位传感器到达预设下液位，然后控制器控制喷淋泵和电磁开关阀关闭、驱动电机启动，带动刮板在光伏板表面滑动，对光伏板表面进行清洗，完成一组光伏板的喷淋和清洗工作，当蓄水箱中液位传感器再次到达预设上液位时，开启下一组光伏板的喷淋和清洗工作；
2）当控制器检测冷凝水提升泵未在工作状态时，控制器根据预设的清洗周期，控制热水泵关闭、雨水泵开启，将雨水箱内雨水输入到蓄水箱内，蓄水箱内液位到达预设上液位后，开启喷淋泵和电磁开关阀，进行光伏板的清洗工作，直至蓄水箱内液位到达预设下液位；
3）当控制器检测到雨水泵开启设定时间后蓄水箱内液位仍未达到预设上液位时，此时，控制器根据预设的清洗周期，控制雨水泵关闭、热水泵开启，太阳能热水器热水管和自来水管内的水经恒温混水阀混合后进入蓄水箱内，当蓄水箱内液位到达预设上液位后，控制器控制热水泵关闭、喷淋泵和电磁开关阀开启，进行光伏板喷淋工作，直至蓄水箱内液位到达预设下液位，然后关闭喷淋泵和电磁开关阀、开启驱动电机带动刮板对光伏板进行清洗工作。
优选的，步骤2）中，控制器内预设冷凝水提升泵工作时间，控制器监测冷凝水提升泵未在工作状态下或者在工作状态下且蓄水箱内液位传感器在预设时间内未达到预设上液位，则进入预设的清洗周期，控制器启动雨水泵或热水泵工作。
本发明的有益效果在于：
1、通过控制器预设蓄水箱的上下液位和光伏板的清洗周期，即可实现系统的自动运行，实现不同季节情况下最优的光伏板清洗方案，有效提高光伏板发电效率；
2、利用空调冷凝水对光伏板进行冲洗，不但起到了清洁光伏板的作用，而且有效降低光伏板表面温度，提高光伏板发电效率；
3、在雨雪天气状况下，通过恒温混水阀调整预设温度，可以快速将光伏板表面的雪融化，避免由于霜雪的覆盖，导致光伏板无法正常工作；
4、优先使用空调冷凝水对光伏板进行清洗，而且综合雨水、太阳能热水器水，在节约水源的条件下，最大程度实现对光伏板的清洁，提高光伏板发电效率和发电量。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为清洗模块侧视图
图3为盖板结构示意图
图4为控制原理结构示意图
其中，1-雨水箱，2-盖板，3-排气管，4-雨水管，5-雨水泵，6-过滤网，7-第一手动开关阀，8-冷凝水管，9-冷凝水提升泵，10-太阳能热水器，11-热水管，12-自来水管，13-恒温混水阀，14-三通阀，15-热水泵，16-四通阀，17-蓄水箱，18-液位传感器，19-控制器，20-喷淋管，21-喷淋泵，22-电磁开关阀，23-喷淋管支架，24-喷头，25-丝杠，26-轴承，27-驱动电机，28-刮板，29-固定支架，30-止回阀，31-第二手动开关阀，32-光伏板，33-进水孔，34-淋浴器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明，而不是指示或暗示所指的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。
如图1-4所示的光伏板自动清洁系统，主要包括供水模块、清洗模块以及控制模块，供水模块包括雨水收集模块、冷凝水收集模块以及热水收集模块。
所述雨水收集模块包括雨水箱1和雨水泵5，雨水箱1上端设置有盖板2，盖板2横截面呈W形结构，盖板2下端与雨水箱1上端接触位置设置有进水口33，进水口33处设置滤网，下部出水口通过管道和雨水泵5进水口相连，并且出水口处设置有过滤网6，雨水箱1下端还设置有出水管，出水管上设置有第一手动开关阀7；所述冷凝水收集模块包括冷凝水管8和冷凝水提升泵9，冷凝水提升泵9进水口与空调的冷凝水管8相连，所述热水收集模块包括太阳能热水器10的热水管11、自来水管12、恒温混水阀13以及热水泵15，热水管11和自来水管13和恒温混水阀13、热水泵15依次连接。
蓄水箱17上部设置有排气管3，内部设置有液位传感器18，雨水泵15、冷凝水提升泵9、热水泵15通过四通阀16与蓄水箱17进水口相连，并且四通阀16和蓄水箱17之间管道上还设置有止回阀30，蓄水箱17下端设置有出水管，出水管上设置有第二手动开关阀31。
清洗模块包括喷淋装置和清理装置，所述喷淋装置由喷淋泵21、喷淋管20、喷头24组成，喷淋泵21进水口通过管道与蓄水箱17内部相连，喷淋泵21出水口与喷淋管20相连，在喷淋泵21出水口一侧的喷淋管20上还设置有电磁开关阀22，喷淋管20通过喷淋管支架23固定在光伏板32的上端，并且喷淋管20沿光伏板32的长度方向分布，喷淋管20在长度方向上均匀设置多个喷头24；所述清理装置由丝杠25、驱动电机27、刮板28组成，光伏板32通过固定支架29进行固定，固定支架29上下两端的两侧均固定连接有轴承26，丝杠25通过轴承26转动连接在光伏板32的上下两端，丝杠25长度沿光伏板32长度方向分布，刮板28固定连接于两丝杠螺母之间，驱动电机27动力输出轴与丝杠25同轴固定连接，驱动电机27动作，带动刮板28沿丝杠25长度方向移动，从而对光伏板32进行清理。
控制模块，主要包括控制器19，液位传感器18、冷凝水提升泵9均与控制器19信号输入端连接，雨水泵5、热水泵15、喷淋泵21、电磁开关阀22以及驱动电机27均与控制器19信号输出端相连，控制器19内预设有蓄水箱17的上下液位、雨水箱1的预设液位。
本装置工作控制方法如下：
控制器19内预设蓄水箱17上液位和下液位、雨水泵工作时间、冷凝水提升泵工作时间以及清洗周期。
具体的，当空调工作时，产生冷凝水，冷凝水提升泵9自动工作，将冷凝水输送到蓄水箱17内，因此，控制器19通过检测冷凝水提升泵9启动后，控制器19监测液位传感器18到达设定的上液位时，控制器19控制雨水泵5和热水泵15关闭，喷淋泵21工作，某一组光伏板32上的电动开关阀22开启，从而通过喷淋管20和喷头24对该组光伏板32进行降温和清洗，当蓄水箱17内液位下降到预设下液位时，控制器19控制喷淋泵21和电动开关阀22关闭，并控制驱动电机27启动，带动刮板28动作，对光伏板32进行清理，往复循环，完成多组光伏板32的清理。
当空调不工作时，无冷凝水产生，此时冷凝水提升泵9不工作，控制器19检测到冷凝水提升泵9未处在工作状态下，另外，还有一种情况，即当空调工作时，由于空调开启时间短或者产生的冷凝水不足，此时即使冷凝水提升泵9工作，蓄水箱17内液位也无法达到预设上液位，因此，控制器19内预设冷凝水提升泵9工作时间，即冷凝水提升泵9在限定工作时间内，蓄水箱17内仍无法达到预设上液位时，上述两种状态下，控制器19在清洗周期内通过雨水泵5和热水泵15对光伏板32进行清洗。
上述清洗周期具体的包括以下步骤：
当冷凝水提升泵19不处在工作状态下或者在限定工作时间内蓄水箱17内液位未达到预设上液位状态下，控制器19控制雨水泵5工作，将雨水箱3内的雨水抽至蓄水箱17内，直至液位传感器18测得液位到达预设上液位，此时，开启喷淋泵21和电磁开关阀22，对光伏板32进行喷水，完毕后，启动驱动电机27带动刮板28进行清理；
当雨水泵5在限定工作时间内蓄水箱17内液位未达到预设上液位时，此时控制器19控制雨水泵5关闭、热水泵15启动，热水管11和自来水管12内的水经过恒温混水阀13后进入到蓄水箱17内，当液位传感器18检测到蓄水箱17内液位到达预设上液位后，控制器19关闭热水泵15、开启喷淋泵21和电动开关阀22，对光伏板32表面进行喷水，在雨雪天气状况下，通过调整恒温混水阀13的预设温度，可以快速将光伏板32表面的雨雪融化，最后，控制器19启动驱动电机27，带动刮板28清理光伏板32表面。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏板自动清洁系统，其特征在于，包括供水模块、清洗模块以及控制模块，所述供水模块由独立设置的雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块以及蓄水箱组成，所述雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块分别与蓄水箱进水口相连，所述蓄水箱出水口与清洗模块相连，所述控制模块分别与雨水收集模块、冷凝水收集模块、热水收集模块以及蓄水箱上的泵体连接，控制模块可根据设定的清洗周期和蓄水箱的上下限液位控制供水以及清洗工作。
2.根据权利要求1所述的光伏板自动清洁系统，其特征在于，所述雨水收集模块主要包括雨水箱和雨水泵，所述雨水泵连接于雨水箱和蓄水箱之间。
3.根据权利要求2所述的光伏板自动清洁系统，其特征在于，所述雨水箱上端设置有盖板，所述盖板横截面呈W形结构，并且盖板低点设置有与雨水箱内部连通的进水孔。
4.根据权利要求3所述的光伏板自动清洁系统，其特征在于，所述雨水泵进水口与雨水箱出水口连接处设置有过滤网。
5.根据权利要求4所述的光伏板自动清洁系统，其特征在于，所述冷凝水收集模块包括冷凝水提升泵，所述冷凝水提升泵进水口与冷凝水管路相连，冷凝水提升泵出水口与蓄水箱相连。
6.根据权利要求5所述的光伏板自动清洁系统，其特征在于，所述热水收集模块包括太阳能热水器热水管、自来水管、恒温混水阀以及热水泵，太阳能热水器热水管和自来水管均与恒温混水阀进水口相连，恒温混水阀通过热水泵与蓄水箱相连。
7.根据权利要求6所述的光伏板自动清洁系统，其特征在于，所述清洗模块包括喷淋装置和清理装置，所述喷淋装置由喷淋泵、喷淋管固定架、喷淋管以及喷头组成，所述喷淋管通过喷淋管固定架固定在光伏板支架上，多喷头沿喷淋管长度方向分布，所述清理装置由驱动电机、两组丝杠、刮板组成，两组丝杠通过轴承转动连接在光伏板相对两侧，驱动电机动力输出轴与丝杠传动相连，所述刮板两端与两丝杠螺母固定连接，此外，靠近喷淋泵出水口一侧的喷淋管上设置有电磁开关阀。
8.根据权利要求7所述的光伏板自动清洁系统，其特征在于，所述控制模块包括控制器、设置于蓄水箱内的液位传感器，所述液位传感器、冷凝水提升泵与控制器信号输入端相连，所述雨水泵、热水泵、喷淋泵、电磁开关阀以及驱动电机与控制器信号输出端相连。
9.如权利要求8所述的光伏板自动清洁系统控制方法，其特征在于，控制器内预设有蓄水箱上下液位、清洗周期、雨水泵工作时间参数，具体的，包括以下步骤：
1）控制器监测冷凝水提升泵是否工作，若冷凝水提升泵工作，且当蓄水箱内液位到达液位传感器预设上液位时，控制器控制雨水泵和热水泵关闭、电磁开关阀和喷淋泵开启，通过喷淋泵和喷水管对光伏板进行喷水，直至液位传感器到达预设下液位，然后控制器控制喷淋泵和电磁开关阀关闭、驱动电机启动，带动刮板在光伏板表面滑动，对光伏板表面进行清洗，完成一组光伏板的喷淋和清洗工作，当蓄水箱中液位传感器再次到达预设上液位时，开启下一组光伏板的喷淋和清洗工作；
2）当控制器检测冷凝水提升泵未在工作状态时，控制器根据预设的清洗周期，控制热水泵关闭、雨水泵开启，将雨水箱内雨水输入到蓄水箱内，蓄水箱内液位到达预设上液位后，开启喷淋泵和电磁开关阀，进行光伏板的清洗工作，直至蓄水箱内液位到达预设下液位；
3）当控制器检测到雨水泵开启设定时间后蓄水箱内液位仍未达到预设上液位时，此时，控制器根据预设的清洗周期，控制雨水泵关闭、热水泵开启，太阳能热水器热水管和自来水管内的水经恒温混水阀混合后进入蓄水箱内，当蓄水箱内液位到达预设上液位后，控制器控制热水泵关闭、喷淋泵和电磁开关阀开启，进行光伏板喷淋工作，直至蓄水箱内液位到达预设下液位，然后关闭喷淋泵和电磁开关阀、开启驱动电机带动刮板对光伏板进行清洗工作。
10.根据权利要求9所述的光伏板自动清洁系统控制方法，其特征在于，步骤2）中，控制器内预设冷凝水提升泵工作时间，控制器监测冷凝水提升泵未在工作状态下或者在工作状态下且蓄水箱内液位传感器在预设时间内未达到预设上液位，则进入预设的清洗周期，控制器启动雨水泵或热水泵工作。
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