基于创新理论解决移动式电池板清洁装置的用水问题

王珊 郑鹏涛

摘要：高海拔荒漠地区极其适合大型光伏发电产业的发展，然而荒漠地区恶劣气候环境下电池板积灰对发电效率影响尤为突出，而移动式电池板清洁装置在使用过程中存在诸多问题。通过TRIZ创新理论对清洁装置的水箱进行分析，解决移动困难的问题，对探索新型电池板清洁设备奠定理论基础。

关键词：创新方法 太阳能电池板 清洁装置

0 引言

柴达木盆地年太阳总辐射量大于6800MJ/m2，有可用于光伏发电的荒漠化土地10万平方公里[1]，但盆地风沙大，雨量小[2]，实际工程中电池板表面极易蒙尘且难以清洗。由于光电转换效率与受光面积成正比，附着在电池板表面的灰尘极大缩小了受光面积，从而降低了发电效率。统计数据表明，当电池板灰尘覆盖率达25%时，电站的综合发电效率将急剧下降。且大面积太阳能电池板阵列的清洁，采用人工清洁劳动强度巨大。因此，研制移动式电池板清洁装置对维护光伏电站平稳低成本运营，具有重要学术价值和现实意义。

1 TRIZ创新理论

TRIZ[3]是俄文单词“发明问题解决理论”的首字母的缩写，其理论是由前苏联发明家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在1946年创立的。创新从最通俗的意义上讲就是创造性地发现问题和创造性地解决问题的过程，TRIZ理论的强大作用正在于它为人们创造性地发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具。

2 问题分析与拟解决方案

2.1 清洁装置存在问题 由于光伏电站清洗需求，国内部分公司制造了相关设备，主要采用水射流、滚刷或刮擦等技术[4]。如德高洁清洁设备有限公司开发了命名为

SOLAR-TC 3500的太阳能电池板清洁车，采用动力旋转滚刷清洗方式，对电池板进行清洗。但由于工程车辆较大，行进过程易对电池板造成损伤；同时，因沙陷和耗水等问题难以在荒漠地区大规模使用。而日本夏普公司，开了一款太阳能电池板机器人，可在电池板表面进行移动，利用刮板清除污垢，目前在泰国试用，其性能有待评价。因此，根据荒漠光伏电站的现状急需开发操作性良好的电池板清洁设备。

2.2 清洁原理及问题分析 灰尘颗粒粘附在电池板表面，吸附性很强，不能够自由移动，清洗使灰尘被分散成细微粒子，只有清除作用力大于灰尘颗粒粘附作用力时[5]，灰尘颗粒才会在电池板表面产生运动，并从清洗表面脱离，完成清洗作用。

在电池板清洁装置上加装水箱，水可以润湿刷子，改善清洁效果提高可操作性；但太阳能电池板阵列较长，导致清洁装置运行路程较长，故水箱水量增多会使清洁设备移动速度变慢甚至移动困难。问题模型如图1所示。

2.3 问题的转化与求解 复杂系统是众多因素相互联系、相互影响的一个有机系统[3]。太阳能电池板、环境及清洁装置的功能模型如图2所示。利用TRIZ理論将通过功能结构分析方法解剖系统各部分的相互作用，可以通过改变作用的方式实现最终目标。

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图2 功能模型图

问题的理想解为移动清洁装置运动灵活，水箱水量充足，达到预期清洁效果。

2.4 TRIZ工具选择与分析 加装水箱属于技术冲突，水箱的水可以使刷子润湿积灰，改善清洁效果提高可操作性；但水箱水量多会使清洁设备移动速度变慢。查冲突矩阵得到发明原理为：反向、振动、抛弃与修复，故可以考虑减小移动水箱的容积。清洁装置的清洁效果好要求水箱体积大，装置运动灵活要求水箱体积小，存在的物理冲突是水箱既大又小。通过分离原理中的空间分离方法，把整体水箱分离为小水箱。

3 结论

本文利用TRIZ创新理论分析太阳能电池板移动清洁装置的用水问题，通过功能模型图更为直观的剖析电池板体系的相互作用关系。利用技术冲突与物理冲突的相关方法，通过减小水箱体积中途补给，解决移动式清洁装置清洁长距离电池板阵列的移动难问题。

参考文献：

[1]李春来，朱慧敏，孔祥鹏，等.青海大规模光伏发电发展问题探讨[J].电力技术与环保，2011，27（3）：4-5.

[2]李锡福，年光延.气候变化对青海生态环境的影响及对策研究[J].高原地震，2001，13（3）：62-66.

[3]张士运，林岳.TRIZ创新理论研究与应用[M].北京：华龄出版社，2010.

[4]曹昊翔，张正学.水射流清洗技术应用现状及其前景[J].矿业研究与开发，2006，10（S1）：76-81.

[5]居发礼.积灰对光伏发电工程的影响研究[D].重庆大学，2011.

基金项目：科技部创新方法工作专项项目（项目编号：2012IM0

20800）；2013年度青海大学中青年基金项目（项目编号：2013-QGY-15）

作者简介：

王珊（1983-），女，河北定州人，青海大学机械工程学院，讲师，硕士，研究方向：太阳能电池板表面清洁技术。