用于使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法技术方案

用于自清洁物体的表面的系统和方法，其中电动屏障安装至物体的表面上。电动屏障包括在衬底顶上的一组或多组电极，覆盖在保护膜中至少一组或多组电极。将涂层施加至保护膜的顶表面上。信号脉冲发生器连接至一组或多组电极。信号脉冲发生器产生使一组或多组电极产生电场的脉冲信号。脉冲信号包括在连续信号之间具有相位差的多个不同的脉冲信号，以及电场使涂层顶上的颗粒经历静电力，并且被排斥离开涂层。这些脉冲信号(包括形状、振幅、位移和频率)可调谐为根据灰尘类型和相对湿度提高去除效率。

Systems and methods for self cleaning solar panels using electric barriers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年9月11日提交的第62/557,070号美国临时专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。
本公开大致涉及用于清洁太阳能电池板的设备。更具体地，本公开涉及使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法。
技术介绍
在可再生能源领域中，使用太阳能电池板的太阳能发电已获得了广泛关注和增加的采用。现有太阳能电池板的主要挑战是由于灰尘和其它颗粒覆盖太阳能电池板而导致的输出功率的降低。太阳能电池板上的灰尘沉积可显著降低功率输出。减轻这个问题的标准方法是机械地清洁太阳能电池板，这需要使用水和人工劳动、或水和非常昂贵和容易出错的机器人。新兴的方法包括将疏水涂层或亲水涂层施加至太阳能电池板的玻璃表面上，以及使用机器人自动手动清洁。然而，反复的机械清洁会损坏太阳能电池板的玻璃表面，同时需要大量的水，而水在沙漠地区是一种稀缺商品。进一步的方法包括使用电动屏障或“EDS”。EDS通过电极产生电场，该电场使太阳能电池板上的灰尘颗粒经受静电力，并被太阳能电池板排斥。为了解决在月球和火星上运行的车辆的太阳能电池板上的灰尘积聚问题，使用EDS已经引起了人们的兴趣。在月球的情况下，低重力、零磁场和硬真空环境允许EDS排斥灰尘颗粒。然而，由于地球的湿度水平和当前使用的电极材料的低透明度，在其当前实施方式中的EDS技术对于地面应用不实用。具体地说，由于湿气层的阻力，例如介电泳力、粘附力等，任何凝结在太阳能电池板表面上的湿气层都将屏蔽电场，并且也用作灰尘颗粒的捕集器。另外，利用当前的EDS系统，颗粒保留在电极边缘附近和电极顶部的中间位置。这些剩余的颗粒很难从太阳能电池板上排斥，即使具有额外的电场激励。湿气和灰尘的组合还会引起形成高粘性的灰尘“饼”，这不可能通过当前的EDS系统去除。因此，在此公开的系统和方法通过设置用于自清洁的系统和方法来解决这些需求和其它需求，该系统和方法不需要水清洁或机械清洁，并且解决了上述湿气层问题。具体地说，在此公开的系统和方法利用控制水吸附的新颖的电极和绝缘体配置以及利用改进清洁效率并要求最小功耗的新颖的电脉冲发生器来解决这些需求和其它需求。
技术实现思路
本公开涉及使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法。该系统包括电动屏障(“EDS”)，其包括一组或多组电极、在电极上的保护膜、在保护膜顶上的涂层、以及在电极下方的衬底。电极和保护膜成形和设置为控制在电动屏障的表面上的水吸附。基底可为太阳能电池板的低铁钠钙玻璃盖，其是用于EDS应用的最合适类型的玻璃之一。脉冲信号发生器可产生给一个或多个电极组供电的脉冲信号。脉冲信号包括在连续信号之间具有相位差的多个不同的脉冲信号。脉冲信号可包括不同的波形、振幅和频率。如果需要，可通过前沿脉冲和后沿脉冲来增强脉冲信号。初始脉冲可提供可测量的力增加，以克服固定灰尘颗粒的静摩擦和惯性，并通过减小后续脉冲的振幅来减小消耗的净功率。可针对特定类型的灰尘来调节脉冲的组合。当连接至单个电极组时，脉冲信号发生器使用驻波信号模式产生电场。当连接至多个电极组时，脉冲信号发生器使用行波信号模式产生电场。通过给一个或多个电极组供电，EDS产生电场，该电场使涂层上的灰尘颗粒经受显著的静电力。与重力结合的静电力使得灰尘颗粒被排斥离开太阳能电池板。脉冲序列与顶部涂层的疏水特性相结合，从太阳能电池板上的灰尘饼中使尘粒松散，灰尘饼是由于湿气的存在而形成的。因此，在本专利技术中描述的EDS可清洁暴露于不同类型的灰尘和环境条件的太阳能电池板。附图说明从以下结合附图对本专利技术的详细描述中，本专利技术的上述特征将显而易见，在附图中：图1是示出本公开的整个系统的视图；图2-图3是示出与太阳能电池板集成在一起的本公开的电动屏障(electrodynamicshield,EDS)的视图；图4是示出布置成两组并连接至脉冲信号发生器的EDS的电极的示例的视图；图5是示出图4的EDS的剖视图的视图，包括连接至产生单个驻波脉冲信号的脉冲信号发生器的两组电极；图6是示出布置成四组并连接至脉冲信号发生器的EDS的电极的示例的视图；图7示出了图6的EDS的剖视图，包括连接至脉冲单发生器的四组电极，该脉冲单发生器通过四个单独的脉冲信号产生行波图案；图8是本公开的脉冲信号发生器的示意性电路图；图9是示出由系统产生的四个不同脉冲信号的视图，其中每个脉冲信号均为移位90°同相信号；图10是四个不同脉冲信号的示波器轨迹的照片；图11A-图11B是示出从EDS的表面去除的灰尘颗粒的视图；图12是示出由本公开的系统执行的处理步骤的流程图；图13是示出具有功率优化器的盖、固定基座、旁路连接器和用于标准接线盒的盖的视图；图14是脉冲信号发生器的电路实现的照片；以及图15是显示进行测试的各种类型的灰尘的图。具体实施方式本公开涉及用于使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法，如下面结合图1-图15详细描述的。首先，应注意的是，下面将参考太阳能电池板来讨论该系统和方法。然而，应注意的是，本公开的系统和方法可用于任何系统，包括但不限于窗户、车辆表面、车辆挡风玻璃、光学装置等，使得电动屏障允许自动清洁这种物体。图1是示出整个系统的视图，该系统整体用10表示(以下称为“电动屏障10”或“EDS10”。电动屏障10包括一个或多个电极12、保护膜14、涂层16和衬底18。电极12可嵌入保护膜14内。保护膜由防止电极击穿的材料制成。在一个实例中，保护膜14是透明且高介电的二氧化硅(“SiO2”)。SiO2在高电压下防止电极12之间击穿。另外，SiO2保护电极12免受环境和环境因素的影响。具体地，SiO2的性质允许耐刮擦性、耐湿性、高透明度等。本领域技术人员将会理解的是，如果需要，可使用其它材料作为保护膜14，并且可以提供附加的或不同的益处。EDS10产生电场，该电场使一个或多个灰尘颗粒20经受具有两个矢量分量方向Fx和Fy的静电力，并被EDS10排斥。连续作用在灰尘颗粒20上的重力G协助灰尘颗粒20以所产生的颗粒轨迹T朝向地面移动。在第一实例中，电极12由透明氧化铟锡(“ITO”)制成。ITO是透明材料，具有优异的透明性、导电性和耐久性。ITO的透明度可达到90％以上。在第二实例中，电极12由掺杂氟的氧化锡(“FTO”)制成。FTO是一种透明的导电氧化物(“TCO”)，其性质与ITO相当。本领域技术人员应了解的是，如果需要，可使用其它透明材料来制造电极，且可提供额外的或不同的益处。在一个实例中，电极12的宽度在0.1微米至100微米("μm")的范围内，以及电极间间隔在0.1μm至100μm的范围内。应注意的是，这些范围仅用作实例，且可使用其它范围。在另一实例中，电极的宽度在10μm至400μm的范围内，以及电极间的间隔在10μm至800μm的范围内。电极的几何形状取决于要清洁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自清洁物体表面的系统，包括：/n电动屏障，安装至所述物体的表面，所述电动屏障包括在衬底顶上的一组或多组电极、覆盖在保护膜中的至少一组或多组电极、以及施加至所述保护膜的顶表面上的涂层；以及/n信号脉冲发生器，连接至所述一组或多组电极，其中，所述信号脉冲发生器产生脉冲信号，所述脉冲信号使所述一组或多组电极产生电场，其中，所述脉冲信号包括在连续信号之间具有相位差的多个不同的脉冲信号，以及其中，所述电场使所述涂层顶上的颗粒经受静电力，并且被排斥离开所述涂层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170911 US 62/557,0701.一种用于自清洁物体表面的系统，包括：
电动屏障，安装至所述物体的表面，所述电动屏障包括在衬底顶上的一组或多组电极、覆盖在保护膜中的至少一组或多组电极、以及施加至所述保护膜的顶表面上的涂层；以及
信号脉冲发生器，连接至所述一组或多组电极，其中，所述信号脉冲发生器产生脉冲信号，所述脉冲信号使所述一组或多组电极产生电场，其中，所述脉冲信号包括在连续信号之间具有相位差的多个不同的脉冲信号，以及其中，所述电场使所述涂层顶上的颗粒经受静电力，并且被排斥离开所述涂层。


2.根据权利要求1所述的系统，还包括激活子系统，其中，所述激活子系统确定光强度，以及当所述光强度下降到预定阈值以下时激活所述信号脉冲发生器。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述保护膜由二氧化硅形成。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一组或多组电极中的每个电极均由透明氧化铟锡或掺氟氧化锡形成。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一组或多组电极中的电极彼此间隔0.1微米至100微米。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一组或多组电极中的每个电极均具有0.1微米至100微米的宽度。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述衬底是刚性衬底或柔性衬底。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述物体是太阳能电池板。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述物体是窗户、车辆表面、车辆挡风玻璃或光学设备中的一种。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述涂层包括抗反射性和疏水性以减轻灰尘饼的形成。


11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述涂层的表面拓扑结构能够调谐。


12.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述脉冲信号发生器连接至所述一组或多组电极中的单个电极组时，所述脉冲信号发生器使用驻波脉冲信号产生电场。


13.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述脉冲信号发生器连接至所述一组或多组电极中的四个...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚力山大·奥尔洛夫，森瑞施·帕特尔，詹姆斯·F·史密斯，
申请(专利权)人：纽约州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US