導軌式太陽能表面除塵裝置的設計

劉毫毫,王　珊,王志新（青海大學機械工程學院,西寧　810016）

導軌式太陽能表面除塵裝置的設計

劉毫毫,王珊,王志新
（青海大學機械工程學院,西寧810016）

太陽能電池板表面的灰塵效應嚴重影響了光電轉換效率，進而提高了太陽能利用的成本。為了實現太陽能電池板表面灰塵的自動清除，通過AutoCAD軟件，設計了一種適合于勞動力緊缺的大型光伏電站的導軌式太陽能電池板表面除塵裝置，以節約人力物力財力。

光電轉換；表面除塵；AutoCAD建模

1　引言

太陽能是被認為最有前景的系能源之一，但是太陽能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。然而，目前太陽能的利用還不夠理想，究其主要原因是太陽能的利用率低導致成本過高。本文設計出一種結構簡單、移植性好、使用方便、成本低廉強的太陽能表面自動清掃裝置，可以實現對電池板表面所蒙灰塵等物的清掃，滿足太陽能電池板表面的維護需求。

2　機械結構總體設計

太陽能電池板自動除塵裝置主要用于維護露天使用的太陽能電池板，根據太陽能電池板除塵作業的要求，本文裝置分為四部分：太陽能電池板裝卡支架、裝置動力源機構、裝置傳動機構、裝置清掃機構。

2.1太陽能電池板裝卡支架

太陽能電池板裝卡支架的作用一方面是用來將電池板固定，另一方面是用來裝卡自動除塵裝置，防止其工作過程中脫落，以便更好地開展工作。如圖1,此圖是太陽能電池板裝卡支架的截面圖，1處用于裝卡自動除塵裝置輪子，2處則用于裝卡太陽能電池板。無論裝卡支架是向何方傾斜，1處的擋板均可擋住自動除塵裝置的輪子，防止其脫落。

2.2裝置動力源機構

為了更好地節約成本，此自動除塵裝置的動力源采用太陽能，即利用太陽能與蓄電池共同作用為其提供動力。

蓄電池相當于一輛傳統汽車里的油箱，一輛太陽能汽車使用使用蓄電池儲存在以后的某一時間將被使用的能量。因此，利用太陽能汽車的原理來作為此裝置動力源，將太陽能電池板安裝在自動除塵裝置的頂部，電池板通過采集陽光，并產生電流給蓄電池充電，將太陽能轉化為電能進行儲存。裝置工作時，蓄電池放電，再將電能轉化為機械能，從而驅動裝置工作。

2.3裝置傳動機構

根據除塵作業要求，此自動除塵裝置的傳動機構主要是為了給車輪和滾刷傳遞動力，使得滾刷轉動從而達到清潔灰塵的目的。另外，在滾刷轉動的同時，由傳動機構傳遞的動力使得車輪運動，從而使滾刷清掃的同時，整個裝置也能向前運動，最后使得個太陽能電池板表面被清掃完全。

組成此傳動機構的部件主要是齒輪和鏈輪。1號電動機通過齒輪嚙合將動力傳遞給裝置的后輪，后輪通過轉動來推動整個裝置向前運動。2號電動機則通過鏈輪轉動帶動鏈條，從而將動力傳遞給滾刷。

2.4裝置清掃機構

關于此裝置的除塵功能，主要分為兩個部分：滾刷的一次清掃和排刷的二次清掃。滾刷和排刷均安裝在此裝置上，隨著裝置的運動而移動。

在這個裝置中，滾刷和排刷的刷毛可以根據實際情況和除塵效果進行更換，刷毛也可由一種或多種材料組成，比如：塑料刷毛、海綿、棉布等等。當電池板表面灰塵積累一定程度，開啟電源裝置開關，驅動電機工作。1號電機運轉，從而通過齒輪嚙合和輪軸來驅動裝置后輪運轉，從而推動整個機構向前行進。在行進過程中，2號電機通過鏈輪和鏈條來帶動滾刷的旋轉運動，破壞太陽能電池板表面灰塵的組織結構，從而將灰塵從電池板表面清掃出去。其中，滾刷毛與光伏組件表面保持恰當距離，使得滾刷毛呈現合適的彎曲變形。從受力分析看，只有當旋轉運動的滾刷毛與光伏組件表面接觸所產生的摩擦力大于灰塵吸附光伏組件表面的吸附力時，才可將灰塵出去。滾刷受力分析如圖2所示。設裝置所受重力為G，光伏組件對其的支持力為N，則N=G*cosα，滾刷收到光伏組件表面的摩擦力為f=μ*N。

另外，排刷裝配在裝置機架兩后輪之間位置，排刷在滾刷清掃后，將未清掃干凈的灰塵進行二次清掃。滾刷與排刷的配合，從而實現太陽能電池板表面的灰塵清掃功能。

3　結束語

在荒漠化或者偏僻地區，太陽能電池板表面極易附著灰塵和沙土?？紤]到電池板所處環境和對除塵裝置的要求,設計了一種在此等環境下工作且無需用水或清潔劑的太陽能電池板自動除塵裝置。此裝置的設計主要從經濟型、實用性等角度出發，所用設備簡單且能達到除塵目的，具有結構簡單、移植性好、使用方便、成本低廉且穩定性強等優點，節約了相應的人力物力。

[1]高凌云.太陽能電池板除塵新技術[J].現代物理知識,2010(05):52.

[2]余海.太陽能利用綜述及提高其利用率的途徑[J].能源研究與利用,2004(03):34-37.

劉毫毫（1981-）男，河南開封人，本科，研究方向：光伏發電清潔設備研究。

青海省科技廳項目（2012-G-Y25A-4）；青海大學中青年基金項目（2013-QGY-15）