CN102688873A - 太阳能电池板除尘方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池板的表面除尘方法。本发明利用压电元件或夹心式超声换能器在太阳能电池板中激励起驻波弯曲振动，利用克拉德尼效应（chladni’seffect）把太阳能电池板感光表面的灰尘移动到振动节线和节圆位置，和/或利用逆克拉德尼效应把太阳能电池板感光表面的灰尘移动到振动反节线和反节圆位置，和/或利用超声减摩效应和重力，使得倾斜的太阳能电池板表面上的灰尘落下，以减少这些表面灰尘对太阳能电池板供电能力的负面影响。利用本发明中的技术，可实现太阳能电池板在使用过程中的自动除尘，提高供电能力，减少维护费用。

Description

太阳能电池板除尘方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池板除尘方法。
背景技术
太阳能电池板在使用一段时间后，灰尘会积聚在其感光面上，降低电池板的供电能力。在一些缺少雨水的地方以及太空中，这个问题尤为严重。沙漠中的太阳能发电厂通常具有大量的电池板，人工除尘的工作量大、成本高；家用太阳能电池板通常设置在屋顶，不便进行人工除尘；飞行器太阳能电池板在飞行过程中的除尘也是一个尚未被解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种对太阳能电池板的感光面进行除尘的方法。
该方法基于克拉德尼效应（Chladni’s effect），逆克拉德尼效应和振动减摩效应这三个物理原理，利用太阳能电池板的驻波弯曲振动进行除尘。
本发明通过以下技术方案实现：
一种太阳能电池板除尘方法，将驻波振动激励装置设置在太阳能电池板电池板的背面中央或/和其他位置，用于激励太阳能电池板的驻波弯曲振动。
所述驻波振动激励装置为压电元件和/或夹心式声学换能器.
所述压电元件的形状为圆型、环型、方形或长方形，压电元件的工作模态为径向伸缩模态、长度或宽度伸缩模态、厚度振动模态或厚度剪切模态。
所述太阳能电池板为方形、长方形或圆形，且太阳能电池平行设置或者倾斜设置。
当太阳能电池板做驻波弯曲振动时，由于克拉德尼效应，感光面上的灰尘会向朝着振动节线和/或节圆（振动位移为零的位置）移动，并停留在这些节线和/或节圆上。通过这一方法，可将感光面上的灰尘集中到振动节线和/或节圆上，减少灰尘对感光面的遮挡，提高太阳能电池板的供电能力。由于克拉德尼效应在空气和真空中都能发生，基于克拉德尼效应的除尘方法即可用于正常环境下的太阳能电池板除尘，也可用于空间飞行器的太阳能电池板除尘。
当太阳能电池板做驻波弯曲振动时，由于逆克拉德尼效应，感光面上的灰尘会向朝着振动反节线和/或反节圆（振动位移幅值为最大的位置）移动，并停留在这些位置上。通过这一方法，可将感光面上的灰尘集中到振动反节线和/或反节圆上，减少灰尘对感光面的遮挡，提高太阳能电池板的供电能力。
当太阳能电池板做驻波弯曲振动时，由于振动减摩效应，在太阳能电池板感光面上灰尘与感光面之间的摩擦力变小，灰尘会因为电池板的倾斜和重力的影响，从电池板表面落下。
太阳能电池板的振动试验表明：商业化的太阳能电池板最少能承受30cm/s(零-峰值)的振动速度，而本发明的除尘效果在10 cm/s(零-峰值)的振动速度时就可出现，因而本发明的除尘方法是可行的。
附图说明
 图1为本发明太阳能电池板除尘方法实施例1的正视示意图；
图2为本发明太阳能电池板除尘方法实施例1的侧视示意图；
图3为本发明太阳能电池板除尘方法实施例2的侧视示意图。
 图中：1、5：太阳能电池板，2：振动节线，3、4：压电元件，6、8：灰尘，7：灰尘移动方向。
具体实施方式
在克拉德尼效应中，位于弯曲振动表面上的微小颗粒向振动节点、节线和节圆移动，并聚集在这些振动节点、节线和节圆处。克拉德尼效应由弯曲振动面和微小颗粒之间的冲击引起。在逆克拉德尼效应中，位于弯曲振动表面上的微小颗粒向振动反节点、反节线和反节圆移动，并聚集在这些振动反节点、反节线和反节圆处。逆克拉德尼效应是由振动面上的微涡流引起。在振动减摩效应中，位于振动面上的微小颗粒和振动面之间的摩擦力变小。一般认为振动减摩效应是由微小颗粒和振动面之间的瞬间分离引起。克拉德尼效应和振动减摩效应可用于地面环境和真空环境中的太阳能电池板除尘；由于需要微涡流，逆克拉德尼效应只能用于非真空环境的太阳能电池板除尘。
上述为本发明的理论原理，现结合具体实施例对本发明的技术方案进一步描述。
实施例一的结构如图1，图2所示。
直径为20mm、厚5mm的压电元件被粘结在尺寸为100mm×100mm×1.5mm的太阳能电池板的背部中央。压电元件在厚度方向被极化，其径向振动的机电耦合系数Kp为0.59，机械品质因数Qm为1500，居里点温度为350°C，介电损耗系数为0.3%，径向杨氏模量为7200 N/m2。太阳能电池板水平放置，总质量为1g的干燥土壤粉碎物被均匀地撒在太阳能电池板的感光面上用以模拟灰尘。当频率为110kHz、幅值为300V0-p的交流电压施加在该压电元件上时，压电元件做径向振动，在太阳能电池板中能激励出如图1所示的弯曲超声振动即驻波振动，该驻波振动能在2分钟内把感光面上的灰尘移动并聚集到振动节线处。在相同的阳光照射强度下，该振动除尘方法能使得太阳能电池板的输出电能增加6%。
实施例二的结构如图3所示。
直径为20mm、厚5mm的压电元件被粘结在尺寸为100mm×100mm×1.5mm的太阳能电池板背部上方端部的中央。太阳能电池板倾斜角度为45°。压电元件在厚度方向被极化，其径向振动的机电耦合系数Kp为0.59，机械品质因数Qm为1500，居里点温度为350°C，介电损耗系数为0.3%，径向杨氏模量为7200 N/m2。总质量为1g的干燥土壤粉碎物被均匀地撒在太阳能电池板的感光面上用以模拟灰尘。当频率为110kHz、幅值为300V0-p的交流电压施加在该压电元件上时，压电元件做径向振动，在太阳能电池板中能激励出驻波振动，利用太阳能电池板的驻波振动，减少太阳能电池板表面灰尘和感光板之间的摩擦力，并利用太阳能电池板的倾斜和重力，使得这些表面灰尘沿着太阳能电池板向下移动并从电池板表面落下，以减少灰尘对感光表面的遮挡、提高太阳能电池板的发电效率。该超声驻波振动能在1分钟内把感光面上的灰尘移动到太阳能电池板下方端部并使之落下，在相同的阳光照射强度下，该振动除尘方法能使得太阳能电池板的输出电能增加9%。
压电元件被粘结在电池板的背面中央或/和其他位置，压电元件的形状可以是圆型、环型、方形或长方形，压电元件的工作模态可以是径向伸缩模态、长度或宽度伸缩模态、厚度振动模态以及厚度剪切模态。
也可使用夹心式声学换能器激励驻波振动，通过克拉德尼效应、逆克拉德尼效应和/或振动减摩效应达到除尘目的，夹心式声学换能器被粘结在电池板的背面中央或/和其他位置。
也可以将多个压电元件和/或夹心式超声换能器被粘结在电池板的的背面，用于激励太阳能电池板的驻波振动。
本发明采用的驻波振动激励装置，不仅仅限于本发明所描述的压电元件和夹心式声学换能器，只要能够实现产生驻波振动的装置都可以应用。

Claims (4)

1.一种太阳能电池板除尘方法，其特征在于：将驻波振动激励装置设置在太阳能电池板电池板的背面中央或/和其他位置，用于激励太阳能电池板的驻波弯曲振动。
2.如权利要求1所述太阳能电池板除尘方法，其特征在于：所述驻波振动激励装置为压电元件和/或夹心式声学换能器。
3.如权利要求2所述太阳能电池板除尘方法，其特征在于：所述压电元件的形状为圆型、环型、方形或长方形，压电元件的工作模态为径向伸缩模态、长度或宽度伸缩模态、厚度振动模态或厚度剪切模态。
4.如权利要求3所述太阳能电池板除尘方法，其特征在于：所述太阳能电池板为方形、长方形或圆形，且太阳能电池平行设置或者倾斜设置。
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