一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其包括：电帘玻璃板，电帘玻璃板上排列布置有若干互相独立的透明电极，电帘玻璃板上方设有移动电极板；智能化监测系统，用于识别处理光伏板上方的图像、空气湿度和风速；移动模块，用于驱动移动电极板在电帘玻璃板上方移动；电源模块，电源模块工作模式包括直流电输出模式和交流电输出模式，交流电输出模式的交流电为两相以上的交流电，相邻的两个透明电极连接交流电中不同的相；智能控制系统。本发明专利技术能够实现多地区多场景下光伏板静电高效自清洁，保障光伏板发电效率稳定，延缓光伏板使用寿命年限，同时节约光伏运维成本。同时节约光伏运维成本。同时节约光伏运维成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统


[0001]本专利技术涉及能源与环保
，具体为一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统。

技术介绍

[0002]与传统的化石能源相比，太阳能等可再生清洁能源不仅能够有效减少CO2的排放，而且能够有效优化能源消费结构，改善生态环境。
[0003]目前太阳能产业发展中存在问题之一是电池板积灰严重。在没有清洗的情况下，灰尘沉积一方面影响光伏板的输出功率，根据统计资料显示，我国青海省格尔木戈壁荒漠区30天不清洁电池板，灰尘沉积密度为15g/m2以上，全年光伏发电效率平均降低30％以上；另一方面，灰尘的积聚还会产生热斑效应，导致光伏电池板镜面受热不均，产生局部的高温效应，出现烧坏的暗斑。此外，当灰尘粘附在光伏板镜面时，会与电池盖板镜面发生酸碱反应，腐蚀其表面，对光伏板产生不可逆的损伤或者损坏。
[0004]维持太阳能发电效率必须解决光伏板表面积灰问题，传统的人工清洗法、机械清洗法因所需成本高且耗费大量水资源，不利于大规模光伏电站的快速发展。近期，有学者采用电帘的方式实现光伏板表面颗粒物进行去除，并尝试通过电源结构优化以进一步提高颗粒脱除效率。但是在潮湿环境、高浓度颗粒环境下还存在许多问题，效率依旧偏低，细颗粒物也无法有效清除。除了电源型式外，其结构设计是更加基本且重要提高清灰效率的因素。
[0005]中国专利CN111682843A公开了一种基于物联网技术的光伏发电板清理装置，包括固定壳，所述固定壳的一侧固定安装有驱动机构，所述固定壳的内表面且位于光伏电板的上表面固定安装有清理机构，所述固定壳的底部固定安装有控制机构，所述固定壳的上端设置有检测机构。该专利技术所述的一种基于物联网技术的光伏发电板清理装置，其通过除静电棒去除颗粒物的荷电量，通过柔性铲和清扫头等机械结构组合的方式清理光伏电板上表面的灰尘，会使光伏板表面划伤或损坏。
[0006]本专利技术特别针对潮湿环境、高浓度颗粒环境，提出了一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，适用于多地区多场景的光伏板表面颗粒物自清洁，尤其是高浓度颗粒物、高湿度环境工况。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，以解决现有技术中光伏板清理设备使用环境受限、成本高和潮湿环境及高浓度颗粒环境下清理效率低等技术问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0009]本专利技术涉及一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其包括：
[0010]电帘玻璃板，电帘玻璃板上排列布置有若干互相独立的透明电极，电帘玻璃板上方设有移动电极板；
[0011]智能化监测系统，用于识别处理光伏板上方的图像、空气湿度和风速；
[0012]移动模块，移动电极板安装在移动模块上，移动模块用于驱动移动电极板在电帘玻璃板上方移动；
[0013]电源模块，电源模块分别与透明电极、移动电极板、智能化监测系统和移动模块连接，电源模块工作模式包括直流电输出模式和交流电输出模式，交流电输出模式的交流电为两相以上的交流电，相邻的两个透明电极连接交流电中不同的相；
[0014]智能控制系统，智能控制系统分别与智能化监测系统、移动模块和电源模块连接。
[0015]本专利技术所涉及的系统在使用时电帘玻璃板铺在光伏板上，通过清理电帘玻璃板表面达到清理光伏板的效果，清除颗粒物的基本原理为：
[0016]当电帘玻璃板上排列布置的透明电极接入四相行波交流电源时，会激发静电行波场，当中性或带电颗粒进入该非均匀电场时，电荷将在颗粒表面重新分布，正电荷和负电荷将积聚在颗粒的相对两侧，产生电偶极矩，颗粒受介电泳力影响在静电行波场驱动下发生迁移。此时，一部分颗粒被直接排斥落地或继续漂浮，另一部分颗粒落入电帘玻璃表面，通过与覆盖电极的电介质层摩擦进一步荷电，在电场力、重力、介电泳力等作用下克服粘附力等阻力不断荷电
‑
起跳
‑
迁移，最终从电帘玻璃板表面脱离，从而实现光伏板静电尘埃屏蔽及短时高效自清洁。
[0017]优选地，所述的电帘玻璃板包括PET基板，透明电极为条形结构，若干透明电极平行且间隔布置在PET基板上，相邻的两透明电极之间充填有聚酯材料绝缘层；透明电极为透明ITO电极。透明电极与电源模块连接，通过设置电源模块实现电路切换，接入多相交流电时，在各放电透明电极间形成交变行波电场，实现板面日常静电尘埃屏蔽及短时高效自清洁；接入直流高压电时，透明电极由于均匀排列布置可近似为带负电平面，实现对板面颗粒物快速荷电，配合下文所述的移动电极板进一步清理颗粒物。
[0018]优选地，移动模块为x
‑
y双轴移动机构，移动电极板安装在x
‑
y双轴移动机构上，x
‑
y双轴移动机构用于控制移动电极板在电帘玻璃板上方的移动，x
‑
y双轴移动机构与电源模块和智能控制系统电连接。
[0019]移动电极板用于清理电帘玻璃板局部聚集的颗粒物或者颗粒物覆盖密度较大时的清理。电帘玻璃板表面的粉尘颗粒物主要由Si、Al、Fe等元素的氧化物组成，具有导体的性质，因此可以通过电帘玻璃板透明电极进行“荷电”，通入高压直流电后，移动电极板与电帘玻璃板上的透明电极之间形成高压静电场，通过静电力、介电泳力克服粘附力、液体毛细力等阻力实现颗粒物的起跳，移动平行于光伏板表面的移动电极板可有效实现板面高效荷电清洁。
[0020]库仑力是带电颗粒在电场中受到电场力作用而产生的力，它是电场使颗粒迁移运动的主要驱动力，其表达式为：
[0021]F
c
＝q
·
E (1)
[0022]式中：q—颗粒物电荷量，带正电荷颗粒的电场力方向与电场方向相同，带负电荷颗粒则相反。
[0023]介电泳力是带电颗粒及中性颗粒在外界非均匀电场中被极化后产生的一种电场梯度力，其表达式为：
[0024][0025]式中：r为球形颗粒半径；ε0为真空介电常数；ε
f
为背景流体介质相对介电常数，在空气或真空中，ε
f
＝1.0；ε
p
为颗粒相对介电常数。
[0026]对于颗粒荷电过程，其荷电量可用如下无量纲表达式求解：
[0027][0028][0029][0030][0031]τ＝4ε0/(ρ
ion
k
ion
)
ꢀꢀ
(7)
[0032]式中：q
p
为颗粒荷电量；q
s
为颗粒饱和荷电量；k
B
为玻尔兹曼(Boltzmann)常数；d
p
为颗粒粒径；τ为时间常数；e为电子单位电量；T为气相介质温度；ε
r
为颗粒相对介电常数。
[0033]通过实地情况收集的信息结合上述公式，通过光伏板颗粒物荷电量计算及受力分析，可使本自清洁系统中颗粒物高效脱除所需电源电压等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其特征在于其包括：电帘玻璃板，电帘玻璃板上排列布置有若干互相独立的透明电极，电帘玻璃板上方设有移动电极板；智能化监测系统，用于识别处理光伏板上方的图像、空气湿度和风速；移动模块，移动电极板安装在移动模块上，移动模块用于驱动移动电极板在电帘玻璃板上方移动；电源模块，电源模块分别与透明电极、移动电极板、智能化监测系统和移动模块连接，电源模块工作模式包括直流电输出模式和交流电输出模式，交流电输出模式的交流电为两相以上的交流电，相邻的两个透明电极连接交流电中不同的相；智能控制系统，智能控制系统分别与智能化监测系统、移动模块和电源模块连接。2.根据权利要求1所述的基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其特征在于：所述的电帘玻璃板包括PET基板，透明电极为条形结构，若干透明电极平行且间隔布置在PET基板上，相邻的两透明电极之间充填有聚酯材料绝缘层；透明电极为透明ITO电极。3.根据权利要求1所述的基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其特征在于：移动模块为x
‑
y双轴移动机构，移动电极板安装在x
‑
y双轴移动机构上，x
‑
y双轴移动机构用于控制移动电极板在电帘玻璃板上方的移动，x
‑
y双轴移动机构与电源模块和智能控制系统电连接。4.根据权利要求1所述的基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其特征在于：所述的移动电极板由铝掺杂的氧化锌(ZnO)透明导电玻璃构成，移动电极板与电帘玻璃板平行布置，移动电极板厚度为2～8mm，移动电极板与电帘玻璃板上透明电极的间距为1～3cm，移动电极板形状为正方形、长方形、圆形或椭圆形；当移动电极板形状为正方形或圆形时，移动电极板的边长或者直径为10～30cm。5.根据权利要求1所述的基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其特征在于：电源模块的电压范围为1～10kV，频率为0～50Hz，电源模块内设有调压器，交流电采用四相矩形行波交流电或三相正弦行波交流电。6.根据权利要求2所述的基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其特征在于：所述PET基板厚度为0.2～1mm，透明电极厚度为1～10μm，电极宽度为0.3～100μm，间距0.1～1mm，聚酯材料绝缘厚度为1～2mm，透明电极由湿法刻蚀在PET基板上。7.根据权利要求1所述的基于静电作用的光伏板智能自清洁系统，其特征在于：所述的智能化监测系统包括摄像头、湿度传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑成航，高翔，王伊凡，杨猛，周灿，杨超，张悠，翁卫国，张涌新，吴卫红，
申请(专利权)人：浙江大学嘉兴研究院，
类型：发明
国别省市：