CN202370032U - 大规模光伏阵列节水清洁系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大规模光伏阵列节水清洁系统。它包括：雨水回收装置和自动化微水清洗装置；雨水回收装置包括雨水漏斗、地沟、收集管道、弃流装置、蓄水池、净化装置及清水池；自动化微水清洗装置包括水泵、压力传感器、流量传感器、水位传感器、PLC控制柜、电磁阀、计算机、上位机界面组态环境以及喷头。本实用新型具有可靠性高，功能齐全，抗干扰力强，安装方便，成本低廉，不损坏太阳能电池板表面，不污染环境，而且可以实现对大规模太阳能电池板的除尘清洗，尤其融入了雨水回收的理念，实现了节水节能。采用自动化微水清洗，无需人工操作，大大节省了人力，并能确保高品质的回收效果和长期稳定的工作，因此有很高的环境效益和经济效益。

Description

大规模光伏阵列节水清洁系统

技术领域

本实用新型涉及一种对太阳能电池板阵列表面进行除尘的技术，特别是一种大规模光伏阵列节水清洁系统。

背景技术

太阳能电池板是整个太阳能光伏发电系统中的核心组件。太阳能电池板阵列通常被安装在户外，接收太阳光并产生电能。在使用过程中由于太阳能电池板阵列表面容易蒙上灰尘，会降低其光电转换效率，因此需要定期对太阳能电池板阵列表面进行除尘，现阶段陆地上大型光伏阵列的清洁方式主要是人工擦洗为主，工作效率偏低。

中国专利CN 201020685491.5公开了一种利用高压水流对太阳能电池板阵列自动除尘的系统，尽管可实现大范围除尘，又具有夏季降温及冬季除冰雪功能。但只适用于丰富水源而不能适用于水源缺乏场所。

在我国，大型的太阳能光伏电站往往分布在人烟稀少、风沙、霜冻冰雪多发地带，并且水源缺乏。例如，大型的太阳能光伏电站项目所在地，我国的张北县年平均日照时数2897.8小时，全年活动积温2448℃，年平均7级以上大风日数30天左右。全年无霜期90-110天，光照充足，雨热同季，昼夜温差大，干旱、多风、少雨、无霜期短是主要的气候特征。县内平均海拔1400-1600米，属大陆性季风气候，年均气温2.60℃，降水量近400毫米，可以进行雨水回收。

目前水回收利用从技术上而言已经不存在障碍，引入工控技术，针对我国实际情况，开发微水冲洗的大型光伏阵列系统的无人值守清洗技术很有必要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种大规模光伏阵列节水清洁系统，其中包括雨水回收装置和自动化微水清洗装置。利用水回收技术，使得在水源缺乏地区进行太阳能电池板的清洗成为现实，在水源不缺乏地区进行清洗，又大大节约了水资源。采用自动化微水清洗，无需人工操作，大大节省了人力。该系统具有可靠性高，功能齐全，抗干扰力强，使用方便等优点。该系统能确保高品质的回收效果和长期稳定的工作，有很高的环境效益和经济效益。

所述的雨水回收装置包括雨水漏斗、地沟、收集管道、弃流装置、蓄水池、净化装置及清水池。雨水漏斗安装在太阳能电池板下边沿，地沟安装在地表低洼处，雨水漏斗和地沟与收集管道相连，收集管道中设有格栅网，并连接到弃流装置，弃流装置与蓄水池相连，蓄水池与净化装置相连，净化装置又连接到清水池。

所述的自动化微水清洗装置包括水泵、压力传感器、流量传感器、水位传感器、PLC控制柜、电磁阀、计算机、上位机界面组态环境以及喷头。所述喷头安装在太阳能电池板上边沿。水泵位于清水池底部，蓄水池和清水池中安装水位传感器。从清水池底部通过管件依次连接有：水泵、流量传感器、压力传感器、电磁阀和喷头。

压力传感器、流量传感器和水位传感器检测到的数据传给PLC控制柜，并可以通过上位机组态在计算机上显示出来。

本实用新型提供的大规模光伏阵列节水清洁系统的控制方法包括的步骤：

1)将降雨的雨水经过太阳能电池板后形成的板面雨水或者清洗大规模光伏阵列太阳能电池板之后的水，通过雨水漏斗汇集于雨水主干管，地表雨水经过地沟汇流后进入雨水主干管即收集管道，收集管道中设有格栅网，运用格栅截留原水中的体积较大的物体，如树叶、塑料袋等杂物。板面雨水和地表雨水汇集于收集管道后流入弃流装置，经过弃流、分散和集中过滤除去径流中颗粒物质后流入蓄水池。蓄水池的水连接到净化设备，在净化设备中对雨水进行絮凝过滤消毒等工艺处理，处理后的水输送到清水池。

2)水位传感器每天自动监测蓄水池和清水池的水位情况，符合条件时选择启动手动模式或启动自动模式进行清洗。

手动模式清洗，适用于任何需要喷水的时候，设备运行后，切换成手动模式，然后判断液位情况，有水就继续判断压力情况，压力大于30kpa，手动按下第一电磁阀开启，第一电磁阀就会喷水，手动按下第二电磁阀开启，第二电磁阀就会喷水，分别按下停止，第一电磁阀、第二电磁阀就会停止，完成了手动喷水的功能。如果液位不够，会亮红灯警告，水位低，喷不出水来；如果压力不够，也会亮红灯报警，喷不出水来。自动模式清洗，适用于无人值守情况，切换到自动模式下，设定开启喷水时间为早上5:00-6:00之间喷水，只要检测到喷水请求，如发电量与正常时相比降低，就可以在设定时间喷水。然后判断目前液位状态，压力状态，如果符合预设的阀值，就会自动喷水冲洗，如果不符合则报警，采取应急措施。

本实用新型所述喷头安装在太阳能电池板上边沿。流量传感器需要监测每次冲洗用了多少水量，根据用水量进行节水控制。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：①本实用新型采用水回收技术，重视环境保护，节约水资源。在我国某些地区，水资源贫乏，本实用新型在工程上的应用更体现出了它的价值和潜力，是节水的典范。②气象条件应用下优化控制：温度、蒸发量、下雨、阴天、多云综合因素控制开启时间，可以选在早晨5:00-6:00，保证温度较低、蒸发量较小的情况下进行清洗，同时又不影响正常的发电状态。③优化喷头管网设计，设计出最合理的喷头组合，包括喷头个数，喷淋角度，不同类型搭配组合，实现节水。④本控制系统采用自动化微水清洗，无需人工操作，大大节省了人力。该控制系统具有可靠性高，功能齐全，抗干扰力强，使用方便等优点。本系统设计的程序操作系统和设备总配技术，能确保高品质的回收效果和长期稳定的工作，因此有很高的环境效益和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的雨水回收系统框图。

图3为本实用新型微水冲洗样机流程图。

图4为本实用新型微水冲洗样机结构图。

图5为本实用新型PLC程序控制流程图。

具体实施方式

以下参考附图详细阐述本实用新型。

如图所示，1-雨水漏斗；2-地沟；3-收集管道；4-弃流装置；5-蓄水池；6-净化装置；7-清水池；8-水泵；9-压力传感器；10-流量传感器；11-水位传感器；12-PLC控制柜；13-电磁阀；14-计算机；15-喷头；16-太阳能电池板。特别指出本实用新型的使用的上述部件均可使用市售的通用(主流)产品。

1、雨水回收利用装置

本实用新型的雨水回收利用装置如图1，包括雨水漏斗1、地沟2、收集管道3、弃流装置4、蓄水池5、净化装置6及清水池7。雨水漏斗1安装在太阳能电池板下边沿，地沟2安装在地表低洼处，雨水漏斗1和地沟2与收集管道3相连，收集管道3中设有格栅网，并连接到弃流装置4，弃流装置4与蓄水池5相连，蓄水池5与净化装置6相连，净化装置6连接到清水池7。

弃流装置、净化装置可以选择市售的通用的(初雨)雨水弃流装置、水净化装置产品。

将降雨的雨水经过太阳能电池板后形成的板面雨水或者清洗大规模光伏阵列太阳能电池板之后的水，通过雨水漏斗汇集于雨水主干管，地表雨水经过地沟汇流后进入雨水主干管即收集管道，将太阳能电池板板面雨水和地面雨水收集，收集管道中设有格栅网(为手动清理杂物，即当杂物过多时可以手动进行清理杂物清洗格栅网)，运用格栅截留原水中的体积较大的物体，如树叶、塑料袋等杂物。板面雨水和地表雨水汇集于收集管道，然后经过雨水弃流装置后流入蓄水池。蓄水池的水连接到净化装置，在净化设备中对雨水进行絮凝过滤消毒等工艺处理，处理后的水输送到清水池。在清水池中可加入防止清水池水质变化的药剂，完成雨水的回收。

2、基于传感器装置的微水冲洗装置

如图3所述的自动化微水清洗装置，包括水泵8、压力传感器9、流量传感器10、水位传感器11、电磁阀13、PLC控制柜12、计算机14、上位机界面组态环境以及喷头15。

水泵8位于清水池底部，蓄水池和清水池中安装水位传感器11。从水泵8出来通过管件分别连接有：压力传感器9、流量传感器10、电磁阀13和喷头15。压力传感器9、流量传感器10、水位传感器11检测到的数据传给PLC控制柜，并可以通过上位机组态在计算机上显示出来。

图5为本实用新型所述大规模光伏阵列节水清洁系统PLC程序控制流程图；其中，每个电磁阀可以控制一组两个喷头的开合。通根据光伏电池板的大小和排列方式计算得到了喷头的设计方法。例如，选择2×1米规格，上下两列的排列方式，结合选择的喷头规格、实验情况综合考虑。扇形喷头在0.2兆帕的压力下，喷洒角度160°，通过角度计算，升高20厘米能覆盖整个上板面；方形喷头喷出的轨迹是一个锥体，与板面接触部分为椭圆，板面与竖直面有一定的夹角，通过角度计算在与竖直夹角为50°时，喷洒半径满足要求，至此，上下板面都能被冲洗到全部面积，保证了冲洗效果。

设定电磁阀13中有两个电磁阀：第一电磁阀，第二电磁阀，实际电磁阀数量由实际需要决定。

首先设备运行后，进行手动模式和自动模式选择及判断。

手动模式清洗，适用于任何需要喷水的时候。然后通过水位传感器自动监测蓄水池和清水池的水位情况，水位条件满足就继续判断压力情况，压力大于30kpa，手动按下第一电磁阀开启，第一电磁阀就会喷水，手动按下第二电磁阀开启，第二电磁阀就会喷水，分别按下停止，第一电磁阀、第二电磁阀就会停止，完成了手动喷水的功能。如果液位不够，会亮红灯警告，水位低，喷不出水来；如果压力不够，也会亮红灯报警，喷不出水来。

自动模式清洗，适用于无人值守情况，切换到自动模式下，设定开启喷水时间为早上5:00-6:00之间喷水，只要检测到喷水请求，如发电量与正常时相比降低，就可以在设定时间喷水。然后通过水位传感器自动监测蓄水池和清水池的水位情况，水位条件满足就继续判断压力情况，压力大于30kpa，符合预设的阀值，第一电磁阀就会自动喷水冲洗，继续判断压力情况，压力大于50kpa，则第二电磁阀就会自动喷水冲洗，20s自动关闭喷水结束。

参照图5，组态软件运行步骤为：设备开启后，组态软件运行，以手动和自动模式选择屏幕开始，通过触摸屏的触摸选择手动和自动模式。进入手动模式后，屏幕上显示水位、管网压力、气候条件等信息，人工决定是否开启电磁阀，进行喷水清洗。进入自动模式后，屏幕上显示水位、管网压力、气候条件等信息，没有报警则自动进入下一页面，判断喷水时间和设置喷水时间，时间符合进行喷水冲洗。

本实用新型技术与现有技术相比，不仅安装方便，成本低廉，不损坏太阳能电池板表面，不污染环境，而且可以实现对大规模太阳能电池板的除尘清洗，尤其融入了雨水回收的理念，实现了节水节能。

本实用新型将板面雨水和地表雨水汇集于收集管道，经过雨水弃流后流入蓄水池。蓄水池的水连接到净化设备，在净化设备中对雨水进行絮凝过滤消毒等工艺处理，处理后的水输送到清水池。通过回收利用雨水实现了节约水资源。本实用新型的压力传感器监测管网压力，水位传感器监测蓄水池和清水池的水位情况，综合决定水泵是否动作，决定电磁阀控制喷头的开关动作，流量传感器需要监测每次冲洗用了多少水量，根据用水量进行节水控制。本实用新型将雨水回收和微水冲洗控制结合在一起，实用性强，更能节约能源，同时具有更高的实用价值。

Claims (4)

1.一种大规模光伏阵列节水清洁系统，其特征在于它包括：雨水回收装置和自动化微水清洗装置；所述的雨水回收装置包括雨水漏斗、地沟、收集管道、弃流装置、蓄水池、净化装置及清水池；雨水漏斗安装在太阳能电池板下边沿，地沟安装在地表低洼处，雨水漏斗和地沟与收集管道相连，收集管道中设有格栅网，并连接到弃流装置，弃流装置与蓄水池相连，蓄水池与净化装置相连，净化装置又连接到清水池；

所述的自动化微水清洗装置包括水泵、压力传感器、流量传感器、水位传感器、PLC控制柜、电磁阀、计算机、上位机界面组态环境以及喷头；所述喷头安装在太阳能电池板上边沿；水泵位于清水池底部，蓄水池和清水池中安装水位传感器；从清水池底部通过管件分别依次连接有：水泵、流量传感器、压力传感器、电磁阀和喷头。

2.根据权利要求1所述的节水清洁系统，其特征在于所述的电磁阀控制一组两个喷头的开合，包括扇形、方形两种喷头。

3.根据权利要求2所述的节水清洁系统，其特征在于所述的扇形喷头升高20厘米能覆盖整个上板面；方形喷头喷出的轨迹是一个锥体，与板面接触部分为椭圆，板面与竖直面的夹角为50度。

4.根据权利要求1所述的节水清洁系统，其特征在于所述的收集管道设有手动格栅网。 

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