CN118646358B - 一种自清洁型光伏发电装置及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏发电技术领域，公开了一种自清洁型光伏发电装置及其发电方法，所述装置包括光伏发电组件以及用于安装并翻转光伏发电组件的翻转保持组件，所述翻转保持组件上设置有两组用于储存水的储水组件、一组用于清理光伏发电组件的清理组件。本发明通过设置保持单元以及两个储水组件，能够在对光伏电板进行清洗时收集水流，将储水盒中的水反复利用，整体减少用水量，降低人为补水频率；同时在雨天时，两个储水盒能够同时收集雨水，而落在光伏电板上的雨水也能流到低点的储水盒中被收集，加快雨水收集速度，同时进一步降低人为补水频率；通过设置清理组件，能够对光伏电板表面进行二次清理，最后利用水流将清刷后残留的杂质进一步冲洗，大大提高清理效果。

Description

一种自清洁型光伏发电装置及其发电方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体地说，是一种自清洁型光伏发电装置及其发电方法。

背景技术

光伏电板，又称为太阳能电池板或光电池板，是一种能将太阳光转化为电能的装置。它由多个光伏电池组成，这些电池利用光的能量直接产生电流。光伏电板的核心是光伏电池，通常是利用硅等材料制造的半导体器件。当阳光照射到电池表面时，光子会激发电池内的电子，从而产生电流。多个光伏电池可以通过串联或并联的方式连接在一起，形成一个完整的光伏电板系统。由于光伏电板一般安装在楼顶或其他无遮挡的较高位置，因此会导致表面灰尘、鸟粪、树叶等杂物会积聚在光伏电板表面，影响阳光的直接照射，从而降低了光伏电板的发电效率。

现有技术中为了减小人员劳动强度，一般在光伏电板上设置清理机构进行清理，但是上述方法普遍存在以下问题：1、对光伏电板进行清理时，需要用水冲洗其表面，这些水在冲洗完成后就流入大地，导致清理机构每次清理都需要人员添加水，过于麻烦；2、现有的光伏电板基本是安装以后就固定不动，因此在下雪天时，光伏电板上会存在积雪导致其结冰影响后续作业效率；或下冰雹时，光伏电板可能会被冰雹砸坏的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自清洁型光伏发电装置及其发电方法，解决现有技术在对光伏电板进行清理时用水量大，导致人为补水频繁的问题。

本发明通过下述技术方案实现：一种自清洁型光伏发电装置，光伏发电组件以及用于安装并翻转光伏发电组件的翻转保持组件，所述翻转保持组件上设置有两组用于储存水的储水组件、一组用于清理光伏发电组件的清理组件；所述翻转保持组件包括安装座，所述安装座上安装有电机，安装座上设置有两组保持单元，所述保持单元包括固定安装在安装座上的固定齿轮，以及转动安装在安装座上的反转架，电机与反转架传动连接，所述反转架上转动连接两个保持齿轮、两个传递齿轮，传递齿轮、保持齿轮分布在固定齿轮两侧，保持齿轮与传递齿轮啮合、传递齿轮与固定齿轮啮合；所述光伏发电组件包括光伏电板，光伏电板安装在两个反转架上，所述光伏电板上安装多个拨块；所述储水组件包括储水盒，所述储水盒安装在保持齿轮上，光伏电板在旋转时，保持单元使得储水盒始终保持相同姿态；所述储水组件上设置有排水口，所述排水口上设置有阀门单元，光伏电板工作面的截面的延长线过储水盒圆心；当光伏电板转动到竖直状态时，拨块将阀门单元打开，高点储水盒中储存的水通过排水口流出冲刷光伏电板表面，之后回流到低点储水盒中。通过上述设置，能够在对光伏电板进行清洗时收集水流，将储水盒中的水反复利用，整体减少用水量，降低人为补水频率；同时在雨天时，两个储水盒能够同时收集雨水，而落在光伏电板上的雨水也能流到低点的储水盒中被收集，加快雨水收集速度，同时进一步降低人为补水频率。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述阀门单元包括固定连接在储水盒上的复位弹簧和滑动连接在储水盒上的挡水板，挡水板用于封堵排水口，所述挡水板远离复位弹簧的一端设置斜面。通过上述设置，能够使得光伏电板在转动时，储水盒中的水在特定时间点流出，并冲刷光伏电板工作面上的尘土等杂质，无需设置传感器，降低投入成本。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述储水盒上安装第一过滤板，所述第一过滤板截面为拱形。通过上述设置，能够使得储水盒在收集水时，有效防止树叶等杂质进入储水盒中；而将第一过滤板设置成拱形，则是能够利用重力，使得第一过滤板上的树叶等杂质沿第一过滤板两侧滑落，防止第一过滤板上杂质堆积造成第一过滤板的堵塞。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述储水盒上设置有第二过滤板，所述第二过滤板截面为拱形，所述第二过滤板将排水口覆盖。通过上述设置，使得通过储水盒的小直径尘土等杂质，不会从排水口处流出，确保排水口处流出的水是较为干净的，提高对光伏电板的清理效果；而将第二过滤板设置成拱形，则是将沉积的杂质分隔在第二过滤板两侧，防止杂质将第二过滤板堵塞导致储水盒中的水排出速度降低甚至无法排出。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述储水盒上设置有排污阀，排污阀设置在第二过滤板两侧。通过上述设置，只需人为定期将排污阀打开，即可将储水盒中的小颗粒杂质清理排出，较为方便。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述清理组件包括滑动轴，所述滑动轴上固定连接铲污板、第二配重块、连接杆，所述连接杆上转动连接清理轴，所述清理轴上设置有清理刷辊，所述滑动轴上设置有第一配重块；所述反转架上安装有滑槽板，所述滑槽板上设置有两短一长三个滑槽，三个滑槽连通，组成“工”字形滑槽，滑动轴在“工”字形滑槽中滑动，所述短滑槽与长滑槽连接处设置有倾角为α的过渡段。通过上述设置，能够先对光伏电板表面的顽固杂质进行清理；而后利用水流初步冲走尘土，并浸润光伏电板表面，之后利用清理刷辊对光伏电板表面进行二次清刷，最后利用水流将清刷后残留的杂质进一步清理，大大提高清理效果。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述反转架上固定连接齿条，所述清理轴上固定连接清理齿轮，所述清理齿轮与所述齿条间歇啮合。通过上述设置，随着清理组件的下坠，清理齿轮开始带动清理轴使得清理刷辊转动，提高刷洗效果。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述光伏电板工作面的相对面上固定连接防护板。通过上述设置，提高对光伏电板的保护效果。

本发明还提供一种自清洁型光伏发电方法，包括如下步骤：

步骤S1、安装光伏发电装置：首先将翻转保持组件放置在平坦区域，而后将光伏发电组件、储水组件、清理组件依次安装在翻转保持组件上，然后根据地区所在纬度以及对应季节调整翻转保持组件固定的角度以及光伏发电组件在初始状态下的倾斜角度；

步骤S2、人为给储水盒进行初次补水，补水完成后，进行使用前清理；

步骤S3、光伏电板产生电能：当太阳光照射在光伏电板工作面上时，光子的能量将光伏电板中半导体材料中的电子从束缚态激发到自由运动态，然后利用半导体内部的结构和电场将电子和空穴分离并收集起来，最终转化为可用的电能，并储存或输送。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过设置保持单元以及两个储水组件，能够在对光伏电板进行清洗时收集水流，将储水盒中的水反复利用，整体减少用水量，降低人为补水频率；同时在雨天时，两个储水盒能够同时收集雨水，而落在光伏电板上的雨水也能流到低点的储水盒中被收集，加快雨水收集速度，同时进一步降低人为补水频率；

（2）本发明通过设置防护板，在冬季下雪时，可转动光伏电板使得防护板朝向天空，此时光伏电板不会被积雪覆盖，减少光伏电板表面结冰的情况，防止冰层影响光伏电板发电效率，后续使用更加方便；另一方面，若是遇见下冰雹的情况，仍然可以转动光伏电板，使得防护板朝天，通过防护板保护光伏电板，防止光伏电板被冰雹砸坏；

（3）本发明通过设置清理组件，利用重力作用，能够先对光伏电板表面的顽固杂质进行清理；而后利用水流初步冲走尘土，并浸润光伏电板表面，之后利用清理刷辊对光伏电板表面进行二次清刷，最后利用水流将清刷后残留的杂质进一步清理，大大提高清理效果。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明整体结构正视角度示意图。

图3为本发明整体结构左视角度示意图。

图4为本发明整体结构左视角度剖视图。

图5为图4中A处局部结构放大图。

图6为储水组件结构示意图。

图7为储水组件结构剖视图一。

图8为储水组件结构剖视图二。

图9为挡水板结构示意图。

图10为清理组件局部结构示意图。

图11为滑槽板结构剖视图。

其中：1-翻转保持组件；2-光伏发电组件；3-储水组件；4-清理组件；101-安装座；102-电机；103-固定齿轮；104-传递齿轮；105-保持齿轮；106-反转架；107-滑槽板；201-光伏电板；202-防护板；203-拨块；301-储水盒；302-排污阀；303-第一过滤板；304-第二过滤板；305-排水口；306-挡水板；307-复位弹簧；401-铲污板；402-第二配重块；403-清理刷辊；404-第一配重块；405-滑动轴；406-连接杆；407-齿条；408-清理齿轮；409-清理轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例提供一种自清洁型光伏发电装置，如图1-图3所示，包括用于安装并翻转光伏发电组件2的翻转保持组件1，所述翻转保持组件1上设置有两组用于储存水的储水组件3、一组用于清理光伏发电组件2的清理组件4；所述翻转保持组件1包括安装座101，所述安装座101上安装有电机102，安装座101上设置有两组保持单元，所述保持单元包括固定安装在安装座101上的固定齿轮103，以及转动安装在安装座101上的反转架106，电机102与反转架106传动连接，所述反转架106上转动连接两个保持齿轮105、两个传递齿轮104，传递齿轮104、保持齿轮105分布在固定齿轮103两侧，保持齿轮105与传递齿轮104啮合、传递齿轮104与固定齿轮103啮合；所述光伏发电组件2包括光伏电板201，光伏电板201安装在两个反转架106上，所述光伏电板201上安装多个拨块203；所述储水组件3包括储水盒301，所述储水盒301安装在保持齿轮105上，光伏电板201在旋转时，保持单元使得储水盒301始终保持相同姿态；所述储水组件3上设置有排水口305，所述排水口305上设置有阀门单元，光伏电板201工作面的截面的延长线过储水盒301圆心。

光伏电板201工作时是倾斜状态，启动电机102使得反转架106、光伏电板201同步转动，由于固定齿轮103固定不动，因此在反转架106带动传递齿轮104公转时，传递齿轮104开始自转，传递齿轮104的自转带动保持齿轮105自转，通过保持齿轮105的自转使得储水盒301在反转架106转动过程中其开口始终向上，阀门单元始终处于最底端；当光伏电板201转动到竖直状态时，拨块203将阀门单元打开，高点的储水盒301中储存的水通过排水口305流出，冲刷光伏电板201表面，之后回流到低点储水盒301中；当光伏电板201再次转动后，光伏电板201又将处于竖直状态时，原本收集回流水的储水盒301此时处于高点，因此拨块203再一次将对应的阀门单元打开，水流又一次冲刷光伏电板201，回流到低点的储水盒301中。

通过上述设置，能够在对光伏电板201进行清洗时收集水流，将储水盒301中的水反复利用，整体减少用水量，降低人为补水频率；同时在雨天时，两个储水盒301能够同时收集雨水，而落在光伏电板201上的雨水也能流到低点的储水盒301中被收集，加快雨水收集速度，同时进一步降低人为补水频率。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进一步完善，如图5、图8所示，所述阀门单元包括固定连接在储水盒301上的复位弹簧307和滑动连接在储水盒301上的挡水板306，挡水板306用于封堵排水口305，所述挡水板306远离复位弹簧307的一端设置斜面。

初始状态下，挡水板306将排水口305封堵，且挡水板306处于储水盒301外围，当光伏电板201即将转动到竖直状态时，拨块203开始挤压高点处的阀门单元上的挡水板306，此时复位弹簧307被压缩，挡水板306不再堵住排水口305，此时电机102暂停运转，储存的水开始通过排水口305全部流出，之后电机102继续运转，拨块203进一步挤压挡水板306移动，由于拨块203挤压的是挡水板306端部的斜面，因此当复位弹簧307完全被压缩时，挡水板306刚好移动到储水盒301上预设的凹槽中，此时挡水板306卡入凹槽，拨块203顺利越过挡水板306，之后在复位弹簧307的作用下，挡水板306完成复位。

通过上述设置，能够使得光伏电板201在转动时，储水盒301中的水在特定时间点流出，并冲刷光伏电板201工作面上的尘土等杂质，无需设置传感器，降低投入成本。

如图8所示，所述储水盒301上安装第一过滤板303，所述第一过滤板303截面为拱形。通过设置第一过滤板303，能够使得储水盒301在收集水时，有效防止树叶等杂质进入储水盒301中；而将第一过滤板303设置成拱形，则是能够利用重力，使得第一过滤板303上的树叶等杂质沿第一过滤板303两侧滑落，防止第一过滤板303上杂质堆积造成第一过滤板303的堵塞。

如图8所示，所述储水盒301上设置有第二过滤板304，所述第二过滤板304截面为拱形，所述第二过滤板304将排水口305覆盖。通过设置第二过滤板304，使得通过储水盒301的小直径尘土等杂质，不会从排水口305处流出，确保排水口305处流出的水是较为干净的，提高对光伏电板201的清理效果；而将第二过滤板304设置成拱形，则是将沉积的杂质分隔在第二过滤板304两侧，防止杂质将第二过滤板304堵塞导致储水盒301中的水排出速度降低甚至无法排出。

如图8所示，所述储水盒301上设置有排污阀302，排污阀302设置在第二过滤板304两侧。由于拱形的第二过滤板304会将储水盒301中的小颗粒杂质分隔在两侧，因此只需人为定期将排污阀302打开，即可将储水盒301中的小颗粒杂质清理排出，较为方便。

如图5、图10、图11所示，所述清理组件4包括滑动轴405，所述滑动轴405上固定连接铲污板401、第二配重块402、连接杆406，所述连接杆406上转动连接清理轴409，所述清理轴409上设置有清理刷辊403，所述滑动轴405上设置有第一配重块404；铲污板401、第二配重块402、清理刷辊403三者之间，两两形成的夹角为120°，所述反转架106上安装有滑槽板107，所述滑槽板107上设置有两短一长三个滑槽，三个滑槽连通，组成“工”字形滑槽，滑动轴405在“工”字形滑槽中滑动，所述短滑槽与长滑槽连接处设置有倾角为α的过渡段，5°≤α≤10°。

随着反转架106的转动，清理组件4逐渐升高，在阀门单元打开前一刻，由于设置有α倾角，在第一配重块404的作用下，滑动轴405从高点的短滑槽经过过渡段滑动到长滑槽中；这个过程中，由于第二配重块402的作用，因此滑动轴405会产生自转，清理刷辊403会远离光伏电板201，但是铲污板401会紧压在光伏电板201工作面上，整个清理组件4开始快速下坠，铲污板401就会将光伏电板201表面顽固的杂质清理，例如鸟粪；之后滑动轴405从长滑槽滑动到低点的短滑槽上，紧接着水流就开始冲刷光伏电板201表面；之后光伏电板201又继续转动，这个过程中滑动轴405在短滑槽上移动，当光伏电板201转动到阀门单元又将打开时，滑动轴405又开始从高点的短滑槽经过过渡段滑动到长滑槽，此时由于第二配重块402的作用，滑动轴405也会自转，但是这一次是铲污板401远离光伏电板201，清理刷辊403压在光伏电板201的工作面上，在清理组件4下坠过程中，清理刷辊403对光伏电板201工作面进行刷洗，而后滑动轴405滑到低点的短滑槽中，紧接着水流就又开始冲刷光伏电板201表面刷洗后残留的污垢。

通过上述设置，能够先对光伏电板201表面的顽固杂质进行清理；而后利用水流初步冲走尘土，并浸润光伏电板201表面，之后利用清理刷辊403对光伏电板201表面进行二次清刷，最后利用水流将清刷后残留的杂质进一步清理，大大提高清理效果。

如图10所示，所述反转架106上固定连接齿条407，所述清理轴409上固定连接清理齿轮408，所述清理齿轮408与所述齿条407间歇啮合。当清理刷辊403压在光伏电板201工作面上时，清理齿轮408也压在齿条407上，随着清理组件4的下坠，清理齿轮408开始带动清理轴409使得清理刷辊403转动，提高刷洗效果。

如图1、图5所示，所述光伏电板201工作面的相对面上固定连接防护板202。在冬季出现大雪天时，可转动光伏电板201使得防护板202朝向天空，此时光伏电板201不会被积雪覆盖，减小光伏电板201表面结冰的情况，防止冰层影响光伏电板201发电效率，后续使用更加方便；另一方面，若是遇见下冰雹的情况，仍然可以转动光伏电板201，使得防护板202朝天，通过防护板202保护光伏电板201，防止光伏电板201被冰雹砸坏。

实施例3：

本实施例使用实施例1或2中的一种自清洁型光伏发电装置，提供一种自清洁型光伏发电方法：第一步、安装光伏发电装置：首先将翻转保持组件1放置在平坦区域，而后将光伏发电组件2、储水组件3、清理组件4依次安装在翻转保持组件1上，然后根据地区所在纬度以及对应季节调整翻转保持组件1固定的角度以及光伏发电组件2在初始状态下的倾斜角度，确保光伏发电组件2接收到的光线最大化；第二步、人为给储水盒301进行初次补水，补水完成后，进行使用前清理：启动电机102，使得光伏电板201开始顺时针转动，当光伏电板201即将处于竖直状态时，滑动轴405开始下坠，铲污板401开始压在光伏电板201表面进行清理作业，之后拨块203将挡水板306推开，高点处储水盒301中的水开始冲刷在光伏电板201上，之后顺着光伏电板201表面流到低点处的储水盒301中回收，之后光伏电板201继续转动，当光伏电板201又要处于数值状态时，装有水的储水盒301运动到高点，而后滑动轴405又一次下坠，清理刷辊403开始对光伏电板201表面进行刷洗，而后高点处储水盒301中的水冲向光伏电板201表面，将刷洗后产生的污垢冲刷干净，同时水也被低点处储水盒301收集，而后光伏电板201继续旋转，直到总共转动360°回到初始位置；第三步、光伏电板201产生电能，当太阳光照射在光伏电板201工作面上时，光子的能量将光伏电板201中半导体材料中的电子从束缚态激发到自由运动态，然后利用半导体内部的结构和电场将电子和空穴分离并收集起来，通常通过P型半导体和N型半导体的结合来实现这一电荷分离过程，最终转化为可用的电能，并储存或输送。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自清洁型光伏发电装置，包括光伏发电组件（2），其特征在于：还包括用于安装并翻转光伏发电组件（2）的翻转保持组件（1），所述翻转保持组件（1）上设置有两组用于储存水的储水组件（3）、一组用于清理光伏发电组件（2）的清理组件（4）；

所述翻转保持组件（1）包括安装座（101），所述安装座（101）上安装有电机（102），安装座（101）上设置有两组保持单元，所述保持单元包括固定安装在安装座（101）上的固定齿轮（103），以及转动安装在安装座（101）上的反转架（106），电机（102）与反转架（106）传动连接，所述反转架（106）上转动连接两个保持齿轮（105）、两个传递齿轮（104），传递齿轮（104）、保持齿轮（105）分布在固定齿轮（103）两侧，保持齿轮（105）与传递齿轮（104）啮合、传递齿轮（104）与固定齿轮（103）啮合；

所述光伏发电组件（2）包括光伏电板（201），光伏电板（201）安装在两个反转架（106）上，所述光伏电板（201）上安装多个拨块（203）；

所述储水组件（3）包括储水盒（301），所述储水盒（301）安装在保持齿轮（105）上，光伏电板（201）在旋转时，保持单元使得储水盒（301）始终保持相同姿态；所述储水组件（3）上设置有排水口（305），所述排水口（305）上设置有阀门单元，光伏电板（201）工作面的截面的延长线过储水盒（301）圆心；当光伏电板（201）转动到竖直状态时，拨块（203）将阀门单元打开，高点储水盒（301）中储存的水通过排水口（305）流出冲刷光伏电板（201）表面，之后回流到低点储水盒（301）中；

所述清理组件（4）用于清理光伏电板（201）表面的污物。

2.根据权利要求1所述的一种自清洁型光伏发电装置，其特征在于：所述阀门单元包括固定连接在储水盒（301）上的复位弹簧（307）和滑动连接在储水盒（301）上的挡水板（306），挡水板（306）用于封堵排水口（305），所述挡水板（306）远离复位弹簧（307）的一端设置斜面。

3.根据权利要求1所述的一种自清洁型光伏发电装置，其特征在于：所述储水盒（301）上安装第一过滤板（303），所述第一过滤板（303）截面为拱形。

4.根据权利要求3所述的一种自清洁型光伏发电装置，其特征在于：所述储水盒（301）上设置有第二过滤板（304），所述第二过滤板（304）截面为拱形，所述第二过滤板（304）将排水口（305）覆盖。

5.根据权利要求4所述的一种自清洁型光伏发电装置，其特征在于：所述储水盒（301）上设置有排污阀（302），排污阀（302）设置在第二过滤板（304）两侧。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种自清洁型光伏发电装置，其特征在于：所述清理组件（4）包括滑动轴（405），所述滑动轴（405）上固定连接铲污板（401）、第二配重块（402）、连接杆（406），所述连接杆（406）上转动连接清理轴（409），所述清理轴（409）上设置有清理刷辊（403），所述滑动轴（405）上设置有第一配重块（404）；所述反转架（106）上安装有滑槽板（107），所述滑槽板（107）上设置有两短一长三个滑槽，三个滑槽连通，组成“工”字形滑槽，滑动轴（405）在“工”字形滑槽中滑动，短滑槽与长滑槽连接处设置有倾角为α的过渡段。

7.根据权利要求6所述的一种自清洁型光伏发电装置，其特征在于：所述反转架（106）上固定连接齿条（407），所述清理轴（409）上固定连接清理齿轮（408），所述清理齿轮（408）与所述齿条（407）间歇啮合。

8.根据权利要求1所述的一种自清洁型光伏发电装置，其特征在于：所述光伏电板（201）工作面的相对面上固定连接防护板（202）。

9.一种自清洁型光伏发电方法，其特征在于，使用权利要求1-8任意一项所述的装置进行发电，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、安装光伏发电装置：首先将翻转保持组件（1）放置在平坦区域，而后将光伏发电组件（2）、储水组件（3）、清理组件（4）依次安装在翻转保持组件（1）上，然后根据地区所在纬度以及对应季节调整翻转保持组件（1）固定的角度以及光伏发电组件（2）在初始状态下的倾斜角度；

步骤S2、人为给储水盒（301）进行初次补水，补水完成后，进行使用前清理；

步骤S3、光伏电板（201）产生电能：当太阳光照射在光伏电板（201）工作面上时，光子的能量将光伏电板（201）中半导体材料中的电子从束缚态激发到自由运动态，然后利用半导体内部的结构和电场将电子和空穴分离并收集起来，最终转化为可用的电能，并储存或输送。