基于創新理論解決移動式電池板清潔裝置的用水問題

王珊 鄭鵬濤

摘要：高海拔荒漠地區極其適合大型光伏發電產業的發展，然而荒漠地區惡劣氣候環境下電池板積灰對發電效率影響尤為突出，而移動式電池板清潔裝置在使用過程中存在諸多問題。通過TRIZ創新理論對清潔裝置的水箱進行分析，解決移動困難的問題，對探索新型電池板清潔設備奠定理論基礎。

關鍵詞：創新方法 太陽能電池板 清潔裝置

0 引言

柴達木盆地年太陽總輻射量大于6800MJ/m2，有可用于光伏發電的荒漠化土地10萬平方公里[1]，但盆地風沙大，雨量小[2]，實際工程中電池板表面極易蒙塵且難以清洗。由于光電轉換效率與受光面積成正比，附著在電池板表面的灰塵極大縮小了受光面積，從而降低了發電效率。統計數據表明，當電池板灰塵覆蓋率達25%時，電站的綜合發電效率將急劇下降。且大面積太陽能電池板陣列的清潔，采用人工清潔勞動強度巨大。因此，研制移動式電池板清潔裝置對維護光伏電站平穩低成本運營，具有重要學術價值和現實意義。

1 TRIZ創新理論

TRIZ[3]是俄文單詞“發明問題解決理論”的首字母的縮寫，其理論是由前蘇聯發明家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在1946年創立的。創新從最通俗的意義上講就是創造性地發現問題和創造性地解決問題的過程，TRIZ理論的強大作用正在于它為人們創造性地發現問題和解決問題提供了系統的理論和方法工具。

2 問題分析與擬解決方案

2.1 清潔裝置存在問題 由于光伏電站清洗需求，國內部分公司制造了相關設備，主要采用水射流、滾刷或刮擦等技術[4]。如德高潔清潔設備有限公司開發了命名為

SOLAR-TC 3500的太陽能電池板清潔車，采用動力旋轉滾刷清洗方式，對電池板進行清洗。但由于工程車輛較大，行進過程易對電池板造成損傷；同時，因沙陷和耗水等問題難以在荒漠地區大規模使用。而日本夏普公司，開了一款太陽能電池板機器人，可在電池板表面進行移動，利用刮板清除污垢，目前在泰國試用，其性能有待評價。因此，根據荒漠光伏電站的現狀急需開發操作性良好的電池板清潔設備。

2.2 清潔原理及問題分析 灰塵顆粒粘附在電池板表面，吸附性很強，不能夠自由移動，清洗使灰塵被分散成細微粒子，只有清除作用力大于灰塵顆粒粘附作用力時[5]，灰塵顆粒才會在電池板表面產生運動，并從清洗表面脫離，完成清洗作用。

在電池板清潔裝置上加裝水箱，水可以潤濕刷子，改善清潔效果提高可操作性；但太陽能電池板陣列較長，導致清潔裝置運行路程較長，故水箱水量增多會使清潔設備移動速度變慢甚至移動困難。問題模型如圖1所示。

2.3 問題的轉化與求解 復雜系統是眾多因素相互聯系、相互影響的一個有機系統[3]。太陽能電池板、環境及清潔裝置的功能模型如圖2所示。利用TRIZ理論將通過功能結構分析方法解剖系統各部分的相互作用，可以通過改變作用的方式實現最終目標。

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圖2 功能模型圖

問題的理想解為移動清潔裝置運動靈活，水箱水量充足，達到預期清潔效果。

2.4 TRIZ工具選擇與分析 加裝水箱屬于技術沖突，水箱的水可以使刷子潤濕積灰，改善清潔效果提高可操作性；但水箱水量多會使清潔設備移動速度變慢。查沖突矩陣得到發明原理為：反向、振動、拋棄與修復，故可以考慮減小移動水箱的容積。清潔裝置的清潔效果好要求水箱體積大，裝置運動靈活要求水箱體積小，存在的物理沖突是水箱既大又小。通過分離原理中的空間分離方法，把整體水箱分離為小水箱。

3 結論

本文利用TRIZ創新理論分析太陽能電池板移動清潔裝置的用水問題，通過功能模型圖更為直觀的剖析電池板體系的相互作用關系。利用技術沖突與物理沖突的相關方法，通過減小水箱體積中途補給，解決移動式清潔裝置清潔長距離電池板陣列的移動難問題。

參考文獻：

[1]李春來，朱慧敏，孔祥鵬，等.青海大規模光伏發電發展問題探討[J].電力技術與環保，2011，27（3）：4-5.

[2]李錫福，年光延.氣候變化對青海生態環境的影響及對策研究[J].高原地震，2001，13（3）：62-66.

[3]張士運，林岳.TRIZ創新理論研究與應用[M].北京：華齡出版社，2010.

[4]曹昊翔，張正學.水射流清洗技術應用現狀及其前景[J].礦業研究與開發，2006，10（S1）：76-81.

[5]居發禮.積灰對光伏發電工程的影響研究[D].重慶大學，2011.

基金項目：科技部創新方法工作專項項目（項目編號：2012IM0

20800）；2013年度青海大學中青年基金項目（項目編號：2013-QGY-15）

作者簡介：

王珊（1983-），女，河北定州人，青海大學機械工程學院，講師，碩士，研究方向：太陽能電池板表面清潔技術。