CN104467647A - 一种光伏组件无水清洗装置 - Google Patents

Abstract

一种光伏组件无水清洗装置，由清洗罩(27)和可折叠停靠架(35)组成。清洗罩(27)对光伏组件进行清洗，可折叠停靠架(35)提供清洗罩(27)的停靠位置。不工作时清洗罩(27)位于可折叠停靠架(35)的上方，工作时清洗罩(27)脱离可折叠停靠架(35)移至到光伏组件(30)上清洗光伏组件。本发明将清理光伏组件的“刮、掸、吸”基本功能集于一体，利用光伏组件不可利用能源为自动光伏组件无水清洗装置提供动力，以光伏组件上边框为轨道实现清洗罩在光伏组件表面自动运行清理。

Description

一种光伏组件无水清洗装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏组件发电***的光伏组件清洗装置。

背景技术

光伏发电量的多少主要取决于光伏组件数量、光伏组件效率、逆变器效率传输损耗、太阳辐照量、环境影响及运维管理。而光伏组件表面污染是影响发电量主要原因，光伏组件表面污染会遮蔽到达光伏组件的光线，影响散热，并且，具有酸碱性的灰尘沉积在光伏组件表面，长时间侵蚀后板面，使之粗糙不平。粗糙不平的组件表面更利于灰尘进一步积聚，同时增加了阳光漫反射。

光伏电池板长期处于野外恶劣的气候条件下，日积月累沉积在光伏电池板玻璃表面的尘土一般得不到及时清扫，形成了污垢，清理困难。特别是我国西部干旱少雨，沙尘天气较多，大量的沙尘沉积在光伏组件表面大大阻挡和削弱了太阳光的穿透，粉尘吸收太阳能后还会导致光伏组件表面温度升高，进一步加剧光伏组件发电的效能的下降。据测量，在我国西部地区冬季，一个月沉积的沙尘若不及时清扫会导致光伏组件的发电量降低30％以上。部分含石灰岩的沙土遇到下雨还会被雨水溶化并再次附着并沉积在玻璃表面上，逐渐在玻璃外表面形成了一层类似水垢的薄膜物质，较难擦除，大大影响了玻璃的透光性能，导致太阳电池组件发电效率下降。

目前国内外分别推出各种形式清理方法，如人工和机械清理。人工清理劳动强度大。而光伏组件清洁车采用汽车载吨级水罐，侧面安装大型雨刷器，在组件表面喷水雨刷器清洗组件表面，如图3所示，在人的操控下利用庞大的雨刷臂对组件表面清洗，二次能源消耗严重，而且由于清洗过程中雨刷携带泥水在组件表面移动，易造成组件表面磨损，又由于车载组件清洗车体积大只能局限于大型、平原地面电站应用，应用受限，清洗成本非常高。

图4是一款我国科技人员自主研发的“光伏组件清扫机器人”实现组件自动清洗，其清理原理采用毛刷滚动与光伏组件摩擦清理，易造成组件表面易磨损及没有灰尘回收装置易造成粉尘二次污染。

目前SunPower公司计划将机器人清洁***应用于其开发的项目中，尤其是美国西部、中东及智利的电站项目，从而作为压力清洗机和喷雾卡车的替代方案。据该公司发布的声明称，这款机器人可减少水的用量、节省资金并提高干燥多尘地区发电***的发电量，每年发电量最高提升15％。然而都存在如下共性：1、清理方法都是采用物理+化学+水清洗，组件表面易受损伤；2、二次耗能；3、不能天天及时清理；4、操作费用高。

结合中国国情针对不同电站其应用存在着非常大的差异，如中国西北地区的光伏电站，地区干旱缺水，据统计清洗光伏电池用水量(单次)≥50吨/10MW，对于缺水地区又是一件两难的现实问题，并且清理周期基于组件表面污染积累情况而定，而且不能保证及时清理，由此同样也面临着发电量的损失。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种光伏组件无水清洗装置。本发明基于伯努利“边界层表面效应”及吸尘器原理，将清理光伏组件过程的“刮、掸、吸”基本功能集于一体。并且，本发明充分利用光伏组件不可利用的能源为自动组件无水清洗装置提供动力，以光伏组件上边框为轨道，清洗罩在光伏组件表面自动运行进行清理。本发明结构简单。操作简便，成本低，无组件表面磨损、无二次粉尘污染等情况，在无水条件下可以实现光伏组件的天天清洗。

本发明采用以下技术方案：

本发明光伏组件无水清洗装置由清洗罩和可折叠停靠架组成，清洗罩可移动对光伏组件进行清洗；可折叠停靠架提供清洗罩的停靠位置。清洗罩不工作时位于可折叠停靠架的上方，清洗罩工作时脱离可折叠停靠架移至到光伏组件上清洗光伏组件。

所述的清洗罩由上盖、清洗罩框、密封条、上固定销、下固定销、平衡滑轮、驱动电机、导流槽、吸尘管道、吸气孔、吸尘器、控制器，以及掸尘布等组成。

所述的清洗罩中，所述上盖固定在清洗罩框的四个边框上，防止雨、雪水进入清洗罩内，同时对清洗罩框起加固作用；清洗罩的上边框上安装有一台驱动电机，两个平衡滑轮分别安装在上边框的两侧；与上盖相对的另一面为清洗罩的工作面；清洗罩工作面的左边框和右边框上安装有密封条，清洗罩左边框和右边框上的密封条与光伏组件的表面紧密贴合；

在清洗罩工作面上，清洗罩的上边框上开有导流槽；清洗罩的下边框安装有吸尘管道，吸尘管道与吸尘器连接，吸尘管道上开有吸气孔；

在清洗罩工作面上，清洗罩的右边框上安装有上固定销、下固定销和控制器；控制器由储能蓄电池、电机驱动电路和吸尘器控制电路组成；

其中储能蓄电池的输入端与控制器输入弹性触头连接，当清洗罩在可折叠停靠架上时，控制器输入弹性触头与储能充电器输出弹性触头接触，对储能蓄电池充电；储能蓄电池的输出端分别与电机驱动电路、吸尘器控制电路电源连接，为驱动电机和吸尘器提供能源。电机驱动电路的输出与驱动电机连接、吸尘器控制电路的输出与吸尘器连接。

一块掸尘布固定在清洗罩工作面的四个边框内，掸尘布位于导流槽和吸尘管道上的吸气孔的上方，掸尘布有一定的松弛度。

可折叠停靠架由停靠托架、上固定桩、下固定桩、储能充电器和粉尘回收管道组成。

可折叠停靠架的停靠托架上固定安装有上固定桩、下固定桩、储能充电器和粉尘回收箱管道；其中上固定桩、下固定桩固定安装在位于停靠托架的上、下两端，分别与清洗罩的上固定销、下固定销的位置对应；储能充电器固定在停靠托架中部右侧边缘处，与清洗罩的控制器位置对应；粉尘回收箱管道安装在停靠托架的下部，与清洗罩的吸尘器位置对应；停靠托架通过合页固定在光伏组件的一侧边框上。

上固定桩和下固定桩内均开有一个孔，该孔的尺寸与上固定销、下固定销适配。当清洗罩移至可折叠停靠架上时，上固定销和下固定销分别***上固定桩和下固定桩的孔内，将清洗罩固定在可折叠停靠架上。为方便维护及通行需要，可折叠停靠架可折叠。

所述的储能充电器的输入与光伏方阵汇流母线连接，储能充电器的输出端与储能充电器输出弹性触头连接。

本发明的工作原理和工作过程如下：

将清洗罩上边框的两个平衡滑轮挂在光伏组件的上边框上，以光伏组件的上边框作为轨道，两个平衡滑轮在驱动电机驱动下与光伏组件上边框滚动，使清洗罩在光伏组件上平行移动，其左边框和右边框工作面上的密封条与光伏组件表面紧密贴合，对光伏组件表面进行清理，起到“刮”的作用。

在清洗罩的吸尘器工作时，由于清洗罩左右边框的密封条与光伏组件表面紧密贴合，气流受限只能由导流槽进入，并经光伏组件与掸尘布之间通过吸气孔由吸尘管道进入吸尘器，由于气体快速流过光伏组件与掸尘布之间，依据伯努利“边界层表面效应”原理，使掸尘布形成波形运动规律，如同旗帜在风的作用下摆动，在组件表面起到“掸”的作用，“掸”起的灰尘随气流经吸气孔、吸尘管道由吸尘器吸出，保留在吸尘器中。

当光伏组件清洗完成之后，清洗罩通过驱动电机与光伏组件上边框滚动，在平衡滑轮的控制下沿光伏组件的上边框平行移动，清洗罩返回可折叠停靠架上停靠，避免对组件遮挡。此时，清洗罩上固定销***可折叠停靠架上清洗罩固定桩的孔中，将清洗罩固定在可折叠停靠架上；可折叠停靠架上的储能充电器输出弹性触头与清洗罩上控制器输入弹性触头相连接，为控制器蓄能；清洗罩的吸尘器与可折叠停靠架上的粉尘回收管道对接，回收吸尘器中的粉尘，防止二次灰尘污染。

可折叠停靠架的停靠位托架通过合页固定安装在光伏组件一侧的边框，可通过手动或自动实现折叠，保障光伏组件方阵通道的畅通。

本发明光伏组件无水清洗装置利用低于逆变器启动电压不能被逆变器转化的能量，通过可折叠停靠架上的储能充电器给蓄电池储能，并将蓄电池存储能量对清洗罩上的控制器充电为电机和吸尘器供电。

本发明具有以下特点：

●无水和化学试剂；

●结构简单，成本低；

●及时清理，在无雨雪的天气条件下，每天早晚自动或人工命令不定时地清理光伏组件，避免灰尘淤积，特别是晚上的清理，可防止光伏组串表面结露或雾气形成胶状物体污垢，以保证每一天的最佳发电量；

●利用不可转化能量，不增加能耗；

●减少逆变器频繁启动次数。当有光照时，光伏组件首先有输出电压，可很快满足逆变器启动条件，但此时辐照量有可能较低。逆变器启动后组件输出功率下降，逆变器快速退出启动，此时逆变器会出现频繁启动现象，会对逆变器寿命带来影响。由于储能充电器接入光伏组件回路中，使低于逆变器启动条件的光伏组件功率对储能充电器充电，并实时监测光伏组件输出电压、电流是否满足逆变器启动条件，如满足则退出储能充电器，此时逆变器一次完成启动；

●无须人工操控；

●无二次粉尘污染。

本发明与其他清洗方法比较优点：

●本发明与组件清洗车比较，体积小、成本低、无人值守、可天天清洗、适应性强，更重要的是无二次能源消耗，特别在干旱缺水地区是非常有意义的。

●本发明与国外机器人清洁***比较结构简单、成本低、无人值守、可天天清洗、组件表面无损伤、同样更重要的无水清洗也无二次能源消耗。

●本发明采用伯努利“边界层表面效应”和吸尘器原理，对组件表面无磨损，灰尘通过吸尘器回收不会造成二次污染。

附图说明

图1a本发明光伏组件无水清洗罩结构侧面示意图；

图1b本发明光伏组件无水清洗罩工作面结构主示意图；

图2a本发明光伏组件无水清洗装置***结构示意图；

图2b本发明光伏组件无水清洗装置折叠位置结构示意图；

图3现有的光伏组件清洗车示意图；

图4现有的光伏组件清扫机器人示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明光伏组件无水清洗装置由清洗罩27和可折叠停靠架35组成；清洗罩27对光伏组件进行清洗，可折叠停靠架35提供清洗罩27的停靠位置；不工作时清洗罩27位于可折叠停靠架35的上方，工作时清洗罩27脱离可折叠停靠架35移至到光伏组件30上清洗光伏组件；如图1a所示，所述的清洗罩27由上盖15、清洗罩框1、密封条2、上固定销3、下固定销11、平衡滑轮4、7、驱动电机5、导流槽6、吸尘管道8、吸气孔9、吸尘器10、控制器12，以及掸尘布13等组成。

如图1b所示，所述的清洗罩27中，所述上盖15固定在清洗罩框1的四个边框上，防止雨、雪水进入清洗罩27内，同时对清洗罩框1起加固作用；清洗罩27的上边框17上安装有一台驱动电机5，两个平衡滑轮4、7分别安装在上边框17的两侧；与上盖15相对的另一面为清洗罩27的工作面14；清洗罩27工作面14的左边框和右边框上安装有密封条2，清洗罩27左边框和右边框上的密封条2与光伏组件30的表面紧密贴合；

在清洗罩27工作面14上，清洗罩27的上边框17上开有导流槽6；清洗罩27的下边框安装有吸尘管道8，吸尘管道8与吸尘器10连接，吸尘管道8上开有吸气孔9；在清洗罩27工作面14上，清洗罩27的右边框16上安装有上固定销3、下固定销11和控制器12；控制器12由储能蓄电池、电机驱动电路和吸尘器控制电路组成；

所述储能蓄电池的输入端与控制器输入弹性触头32连接，当清洗罩27在可折叠停靠架35停靠时，控制器输入弹性触头32与储能充电器输出弹性触头34接触，对储能蓄电池充电；储能蓄电池的输出端分别与电机驱动电路、吸尘器控制电路电源连接，为驱动电机5和吸尘器10提供能源。电机驱动电路的输出与驱动电机5连接、吸尘器控制电路的输出与吸尘器10连接。

一块掸尘布13固定在清洗罩27工作面14的四个边框内，掸尘布13位于导流槽6和吸尘管道8上的吸气孔9的上方，掸尘布13有一定的松弛度。

可折叠停靠架35由停靠托架22、清洗罩固定桩21、23、储能充电器24、储能充电器输出弹性触头34和粉尘回收管道28组成。

如图2a所示，可折叠停靠架35的停靠托架22上固定安装有上固定桩21、下固定桩23、储能充电器24和粉尘回收箱管道28；其中上固定桩21、下固定桩23固定安装在位于停靠托架22的上、下两端，分别与清洗罩27的上固定销3、下固定销11的位置对应；储能充电器24固定在停靠托架22中部右侧边缘处，与清洗罩的控制器12位置对应；粉尘回收箱管道8安装在停靠托架22的下部，与清洗罩27的吸尘器10位置对应；停靠托架22通过合页固定在光伏组件30的一侧边框上。

上固定桩21和下固定桩23内均开有一个孔，该孔的尺寸与上固定销3和下固定销11适配。当清洗罩27移至可折叠停靠架35上时，上固定销3和下固定销11分别***上固定桩21和下固定桩23的孔内，将清洗罩27固定在可折叠停靠架35上。为方便维护及通行需要，可折叠停靠架35可折叠，如图2b所示。

所述的储能充电器24的输入与光伏方阵汇流母线29连接，储能充电器24的输出端与储能充电器输出弹性触头34连接。

Claims (5)

1.一种光伏组件无水清洗装置，其特征在于：所述的光伏组件无水清洗装置由清洗罩(27)和可折叠停靠架(35)组成；清洗罩(27)对光伏组件进行清洗，可折叠停靠架(35)提供清洗罩(27)的停靠位置；不工作时清洗罩(27)位于可折叠停靠架(35)的上方，工作时清洗罩(27)脱离可折叠停靠架(35)移至到光伏组件(30)上清洗光伏组件；

所述的清洗罩(27)由上盖(15)、清洗罩框(1)、密封条(2)、上固定销(3)、下固定销(11)、平衡滑轮(4、7)、驱动电机(5)、导流槽(6)、吸尘管道(8)、吸气孔(9)、吸尘器(10)、控制器(12)，以及掸尘布(13)组成；

所述的清洗罩(27)中，所述上盖(15)固定在清洗罩框(1)的四个边框上，防止雨、雪水进入清洗罩(27)内，同时对清洗罩框(1)起加固作用；清洗罩(27)的上边框(17)上安装有一台驱动电机(5)，两个平衡滑轮(4)、(7)分别安装在上边框(17)的两侧；与上盖(15)相对的另一面为清洗罩(27)的工作面(14)；清洗罩(27)工作面(14)的左边框和右边框上安装有密封条(2)，清洗罩(27)左边框和右边框上的密封条(2)与光伏组件(30)的表面紧密贴合；

在清洗罩(27)工作面(14)上，清洗罩(27)的上边框(17)上开有导流槽(6)；清洗罩(27)的下边框安装有吸尘管道(8)，吸尘管道(8)与吸尘器(10)连接，吸尘管道(8)上开有吸气孔(9)；

在清洗罩(27)工作面(14)上，清洗罩(27)的右边框(16)上安装有上固定销(3)、下固定销(11)和控制器(12)；

一块掸尘布(13)固定在清洗罩(27)工作面(14)的四个边框内，掸尘布(13)位于导流槽(6)和吸尘管道(8)上的吸气孔(9)的上方，掸尘布(13)有一定的松弛度；

所述的可折叠停靠架(35)由停靠托架(22)、固定桩(21、23)、储能充电器(24)和粉尘回收管道(28)组成；

可折叠停靠架(35)的停靠托架(22)上固定安装有上固定桩(21)、下固定桩(23)、储能充电器(24)和粉尘回收箱管道(28)；其中上固定桩(21)、下固定桩(23)固定安装在位于停靠托架(22)上、下两端，分别与清洗罩(27)的上固定销(3)、下固定销(11)位置对应；储能充电器(24)固定安装在停靠托架(22)中部右侧边缘处，与清洗罩的控制器(12)位置对应；粉尘回收箱管道(8)安装在停靠托架(22)的下部，与清洗罩(27)的吸尘器(10)位置对应；停靠托架(22)通过合页固定在光伏组件(30)的一侧边框上。

2.按照权利要求1所述的一种光伏组件无水清洗装置，其特征在于：所述的上固定桩(21)和下固定桩(23)内均开有一个孔，该孔的尺寸分别与所述的上固定销(3)和下固定销(11)适配；当清洗罩(27)移至可折叠停靠架(35)上时，上固定销(3)和下固定销(11)分别***上固定桩(21)和下固定桩(23)的孔内，将清洗罩(27)固定在可折叠停靠架(35)上。

3.按照权利要求1所述的一种光伏组件无水清洗装置，其特征在于：所述的控制器(12)由储能蓄电池、电机驱动电路和吸尘器控制电路组成；所述储能蓄电池的输入端与控制器输入弹性触头(32)连接，当清洗罩(27)在可折叠停靠架(35)停靠时，控制器输入弹性触头(32)与储能充电器输出弹性触头(34)接触，对储能蓄电池充电；储能蓄电池的输出端分别与电机驱动电路、吸尘器控制电路电源连接，为驱动电机(5)和吸尘器(10)提供能源；电机驱动电路的输出与驱动电机(5)连接、吸尘器控制电路的输出与吸尘器(10)连接。

4.按照权利要求3所述的一种光伏组件无水清洗装置，其特征在于：所述的储能充电器(24)的输入与光伏方阵汇流母线(29)连接，储能充电器(24)的输出端与储能充电器输出弹性触头(34)连接。

5.按照权利要求1所述的一种光伏组件无水清洗装置，其特征在于：所述的可折叠停靠架(35)的停靠托架(22)通过合页(25、26)固定在光伏组件(30)一侧的边框，当可折叠停靠架(35)折叠后处于清洗罩停靠折叠位置(31)。