导轨式太阳能表面除尘装置的设计

刘毫毫,王　珊,王志新（青海大学机械工程学院,西宁　810016）

导轨式太阳能表面除尘装置的设计

刘毫毫,王珊,王志新
（青海大学机械工程学院,西宁810016）

太阳能电池板表面的灰尘效应严重影响了光电转换效率，进而提高了太阳能利用的成本。为了实现太阳能电池板表面灰尘的自动清除，通过AutoCAD软件，设计了一种适合于劳动力紧缺的大型光伏电站的导轨式太阳能电池板表面除尘装置，以节约人力物力财力。

光电转换；表面除尘；AutoCAD建模

1　引言

太阳能是被认为最有前景的系能源之一，但是太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，这对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。然而，目前太阳能的利用还不够理想，究其主要原因是太阳能的利用率低导致成本过高。本文设计出一种结构简单、移植性好、使用方便、成本低廉强的太阳能表面自动清扫装置，可以实现对电池板表面所蒙灰尘等物的清扫，满足太阳能电池板表面的维护需求。

2　机械结构总体设计

太阳能电池板自动除尘装置主要用于维护露天使用的太阳能电池板，根据太阳能电池板除尘作业的要求，本文装置分为四部分：太阳能电池板装卡支架、装置动力源机构、装置传动机构、装置清扫机构。

2.1太阳能电池板装卡支架

太阳能电池板装卡支架的作用一方面是用来将电池板固定，另一方面是用来装卡自动除尘装置，防止其工作过程中脱落，以便更好地开展工作。如图1,此图是太阳能电池板装卡支架的截面图，1处用于装卡自动除尘装置轮子，2处则用于装卡太阳能电池板。无论装卡支架是向何方倾斜，1处的挡板均可挡住自动除尘装置的轮子，防止其脱落。

2.2装置动力源机构

为了更好地节约成本，此自动除尘装置的动力源采用太阳能，即利用太阳能与蓄电池共同作用为其提供动力。

蓄电池相当于一辆传统汽车里的油箱，一辆太阳能汽车使用使用蓄电池储存在以后的某一时间将被使用的能量。因此，利用太阳能汽车的原理来作为此装置动力源，将太阳能电池板安装在自动除尘装置的顶部，电池板通过采集阳光，并产生电流给蓄电池充电，将太阳能转化为电能进行储存。装置工作时，蓄电池放电，再将电能转化为机械能，从而驱动装置工作。

2.3装置传动机构

根据除尘作业要求，此自动除尘装置的传动机构主要是为了给车轮和滚刷传递动力，使得滚刷转动从而达到清洁灰尘的目的。另外，在滚刷转动的同时，由传动机构传递的动力使得车轮运动，从而使滚刷清扫的同时，整个装置也能向前运动，最后使得个太阳能电池板表面被清扫完全。

组成此传动机构的部件主要是齿轮和链轮。1号电动机通过齿轮啮合将动力传递给装置的后轮，后轮通过转动来推动整个装置向前运动。2号电动机则通过链轮转动带动链条，从而将动力传递给滚刷。

2.4装置清扫机构

关于此装置的除尘功能，主要分为两个部分：滚刷的一次清扫和排刷的二次清扫。滚刷和排刷均安装在此装置上，随着装置的运动而移动。

在这个装置中，滚刷和排刷的刷毛可以根据实际情况和除尘效果进行更换，刷毛也可由一种或多种材料组成，比如：塑料刷毛、海绵、棉布等等。当电池板表面灰尘积累一定程度，开启电源装置开关，驱动电机工作。1号电机运转，从而通过齿轮啮合和轮轴来驱动装置后轮运转，从而推动整个机构向前行进。在行进过程中，2号电机通过链轮和链条来带动滚刷的旋转运动，破坏太阳能电池板表面灰尘的组织结构，从而将灰尘从电池板表面清扫出去。其中，滚刷毛与光伏组件表面保持恰当距离，使得滚刷毛呈现合适的弯曲变形。从受力分析看，只有当旋转运动的滚刷毛与光伏组件表面接触所产生的摩擦力大于灰尘吸附光伏组件表面的吸附力时，才可将灰尘出去。滚刷受力分析如图2所示。设装置所受重力为G，光伏组件对其的支持力为N，则N=G*cosα，滚刷收到光伏组件表面的摩擦力为f=μ*N。

另外，排刷装配在装置机架两后轮之间位置，排刷在滚刷清扫后，将未清扫干净的灰尘进行二次清扫。滚刷与排刷的配合，从而实现太阳能电池板表面的灰尘清扫功能。

3　结束语

在荒漠化或者偏僻地区，太阳能电池板表面极易附着灰尘和沙土。考虑到电池板所处环境和对除尘装置的要求,设计了一种在此等环境下工作且无需用水或清洁剂的太阳能电池板自动除尘装置。此装置的设计主要从经济型、实用性等角度出发，所用设备简单且能达到除尘目的，具有结构简单、移植性好、使用方便、成本低廉且稳定性强等优点，节约了相应的人力物力。

[1]高凌云.太阳能电池板除尘新技术[J].现代物理知识,2010(05):52.

[2]余海.太阳能利用综述及提高其利用率的途径[J].能源研究与利用,2004(03):34-37.

刘毫毫（1981-）男，河南开封人，本科，研究方向：光伏发电清洁设备研究。

青海省科技厅项目（2012-G-Y25A-4）；青海大学中青年基金项目（2013-QGY-15）