太阳能光伏板清洁装置设计分析

2021-09-26郭静静

光源与照明 2021年1期

郭静静

榆林职业技术学院，陕西榆林 719000

0 引言

近年来，随着国家的一系列利好政策，从西北的荒漠到北方的大草原，从西南的荒山野地到东部的良田盐碱地，光伏发电厂在我国的大江南北遍地开花。太阳能光伏发电站地势较高，日照充足，风沙大，因而太阳能电池板上很容易积累沙尘及脏物，严重影响发电效率。市面上的太阳能清洗装置参差不齐，比如机载式太阳能电池板清洗车，其占地面积大，耗水量巨大；而手推式清洗机一次性清洗范围小，且耗水量也比较大[1]。因此，现在普遍采用人工清洗方式，但人工清洗会消耗大量人力、物力、财力和时间，也有其局限性。

为此，文章设计了一种太阳能光伏板的清洁装置，其适用范围广，灵活运行，自带电源，无须外界供电，具有极高的推广价值。

1 清洁装置整体设计

该清洁装置以西门子公司S7-200 CN的PLC为控制核心，依靠电机提供运行动力，按照清扫工序顺序动作，在光伏板表面进行自动清扫和吸尘。清洁装置分为四大系统，分别为动力系统、控制系统、驱动系统和三次清洗系统。

1.1 动力系统

动力系统中所有运动部件由12 V减速直流电机提供动力，各电机转速由其工作性质设定。（1）行进电机，如图1所示，转速为15～30 r/min。（2）毛刷辊驱动电机，转速为150～200 r/min。（3）雨刷升降电机，转速为25～30 r/min。

图1 行进电机

1.2 控制系统

该装置由PLC控制，通过继电器接收和输出信号，并控制电机运行。PLC设备如图2所示。

图2 PLC设备

1.3 驱动系统

该装置的动力驱动系统由两部分组成，首先，由蓄电池来供给，经过分级变压供电，完成除灰风量风速的控制；然后，由自主研发的温差发电装置来供电[2]，其作为蓄电池的备用，解决由于蓄电池电力不足导致装置不能运行的问题。温差发电装置的特点是使用温差发电原理，利用上下表面温度差对蓄电池进行充电，使该装置不会断电。蓄电池的电路板如图3所示。

图3 蓄电池的电路板

1.4 三次清洗系统

三次清洗系统主要采用齿轮传动装置的机械臂设计，其上附有毛刷辊、雨刷、特制抹布等。该清洗系统设有中心轴、行动支架、排刷、雨刷、特制抹布辅助设备等。

工作过程：先由毛刷将沙子和泥巴等从太阳能板上刷起来，这是第一次清洗，如图4所示；然后在水喷头前面喷水，后面雨刷进行清扫，这是第二次清洗，如图5所示；最后由抹布一次性擦干净，这是第三次清洗，如图6所示。整体清洗装置如图7所示。

图4 第一次清洗

图5 第二次清洗

图6 第三次清洗

图7 整体清洗

2 运动机构整体设计

2.1 运动机构构成

该清洁装置的运行机构由中心轴、行动支架及一些辅助设备等组成。中心轴示意图如图8所示。

图8 中心轴示意图

2.2 运动机构运行

装置移动是通过中心轴的转动来清洗器具，当系统接收到清洗指令时，中心轴转动，毛刷进行工作，到达太阳能边缘时，中心轴转动，雨刷进行动作，进行第二遍清洗，然后回到初始位，即太阳能板清洗最原始的位置，完成一个往复运动，接着中心轴再次转动，完成第三遍喷水、抹布擦拭动作，之后水经过过滤返回到水箱。这样完成此块太阳能板的清洗，从太阳能板边缘运行至下一块太阳能板进行清洗。具体实施步骤如图9所示。

图9 实施步骤

运行轨道采用H型双卡式行进轮分配，避免脱轨、打滑等现象。H轮轨道如图10所示。

图10 H轮轨道

3 清洁装置优势

文章所述装置结构简单，用水量少，水的循环利用率高，一次补水可以工作很长时间，克服了太阳能板安装环境的缺水困难。该装置全部过程均有程序控制和实时信息反馈。此外，相较于其他产品，该装置具有随时可工作，可以适应不同大小的太阳能单组阵列的清洗的优点，降低了人工清洗的成本，节约了劳动力。并且，三遍清洗系统保证了玻璃的透光率，提高了太阳能电池板的发电效率。该装置不仅适合集中式光伏地面电站、山坡太阳能电站，还适合分布式光伏发电电池板、离网太阳能发电、并网光伏、农光互补、屋顶光伏等组件的清洗[3]。