基于雨刷器的太阳能LED路灯自动除尘装置设计

田 昊，沈浩天，刘雄飞，张 微

(中国矿业大学银川学院信息工程学院，银川 750001)

0 引 言

太阳能光伏发电近几年迅速发展，工程实践中光伏电池板易积灰，光伏电池板积灰对其输出效率以及对组件寿命具有显著的影响。有研究数据表明：在温度25 ℃时，光伏组件灰尘浓度从5 g/m2增长到20 g/m2时，组件输出功率下降37.67%，光伏组件输出功率下降明显[1]。我国的光伏系统输出功率受到灰尘的影响约为20%左右，1兆瓦电站每年因为灰尘的沉积，电量损失约25万kWh[2-3]。另外，光伏电池板长时间积灰，遮挡太阳能光伏板组件，使太阳能光伏组件不能够及时散热，光伏组件出现暗斑、焊点融化、封装材料老化等现象[4-6]。考虑到光伏板设置在偏远无水地区，人工清洁损耗大量的人力、物力以及经验成本增加的问题，设计一种自动定时检测的智能化太阳能光伏板清洁装置具有一定意义[7]。

1 除尘装置的整体设计

设计拟实现：①定时间、定次数对光伏电池板自动除尘；②实现特殊天气下对光伏电池板除尘；③对任意单块光伏电池板的除尘。基于上述目标，该设计方案中，采用雨刷器作为光伏电池板的除尘装置；单片机系统作为控制器，实现太阳能板自动除尘。该除尘装置主要包括：控制电路板、直流电机、除尘刷以及红外传感器等。其总体设计方案如图1所示。

图1 总体方案设计图

1.1 控制电路

输入端通过降压模块和计时器与太阳能蓄电池电连接；控制电路板的输出端通过升压模块与直流电机电连接；直流电机固定安装于太阳能电池板的底部，并与除尘刷传动连接；红外传感器固定安装于太阳能电池板受光面的侧面，并与控制电路板电连接；湿度传感器固定安装于太阳能电池板受光面的顶部，并与控制电路板连接。

1.2 检测电路

采用无人机巡检方案，即利用无人机拍摄的方式，人工筛查需要清洗的太阳能光伏板，该方式的目的是对需要积灰的单块太阳能光伏板针对性清扫。另外，增添直流互感器并设置对照组，用于配合无人机巡检方案对太阳能板是否需要进行清洁。硬件结构如图2所示。

图2 硬件结构图

2 实验结果

根据上述设计方案，设计出基一种于雨刷器的太阳能LED路灯自动除尘装置如图3所示。该自动除尘装置采用单片机[8]以及其外围的单片机最小系统实现自动控制，并通过红外传感器配合实现定时除尘，无需人为操作，除尘效率更高，十分安全；可针对性对单块太阳能光伏板进行清洁；采用结构简单，价格低的雨刷器作为除尘设备主要构件，节省成本，选用延展性强的除尘刷，可以解决无水清洁不干净和材料被氧化的问题，除尘更加干净彻底。

图3 基于雨刷器的太阳能LED路灯自动除尘装置

通过实验验证该装置对光伏电池板清洁后发电功率的影响，实验结果表明：光伏电池板清洁后其发电效率提高，实验结果见表1。

表1 清洁前、后功率对比

从理论上分析，太阳能光伏板清洁前、后，其发电的能量大小有明显差异，误差可能来源于以下几个方面：一是实验数量不够；二是实验规模小，应用的太阳能光伏板数量少。

3 结束语

基于一种雨刷器的太阳能LED路灯自动除尘装置设计及实验结果证明，该装置不仅可实现太阳能光伏电板自动除尘，除尘后能提高太阳能光伏电磁组件发电能力，还能结合无人机巡检技术，运用于大型太阳能光伏电站，减少运行维护工作量，具有一定的意义和实际应用价值。