導(dǎo)軌式太陽(yáng)能表面除塵裝置的設(shè)計(jì)

劉毫毫,王　珊,王志新（青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,西寧　810016）

導(dǎo)軌式太陽(yáng)能表面除塵裝置的設(shè)計(jì)

劉毫毫,王珊,王志新
（青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,西寧810016）

太陽(yáng)能電池板表面的灰塵效應(yīng)嚴(yán)重影響了光電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而提高了太陽(yáng)能利用的成本。為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板表面灰塵的自動(dòng)清除，通過(guò)AutoCAD軟件，設(shè)計(jì)了一種適合于勞動(dòng)力緊缺的大型光伏電站的導(dǎo)軌式太陽(yáng)能電池板表面除塵裝置，以節(jié)約人力物力財(cái)力。

光電轉(zhuǎn)換；表面除塵；AutoCAD建模

1　引言

太陽(yáng)能是被認(rèn)為最有前景的系能源之一，但是太陽(yáng)能是一種低密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，這對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用提出了更高的要求。然而，目前太陽(yáng)能的利用還不夠理想，究其主要原因是太陽(yáng)能的利用率低導(dǎo)致成本過(guò)高。本文設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移植性好、使用方便、成本低廉強(qiáng)的太陽(yáng)能表面自動(dòng)清掃裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池板表面所蒙灰塵等物的清掃，滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池板表面的維護(hù)需求。

2　機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能電池板自動(dòng)除塵裝置主要用于維護(hù)露天使用的太陽(yáng)能電池板，根據(jù)太陽(yáng)能電池板除塵作業(yè)的要求，本文裝置分為四部分：太陽(yáng)能電池板裝卡支架、裝置動(dòng)力源機(jī)構(gòu)、裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、裝置清掃機(jī)構(gòu)。

2.1太陽(yáng)能電池板裝卡支架

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

2.2裝置動(dòng)力源機(jī)構(gòu)

為了更好地節(jié)約成本，此自動(dòng)除塵裝置的動(dòng)力源采用太陽(yáng)能，即利用太陽(yáng)能與蓄電池共同作用為其提供動(dòng)力。

蓄電池相當(dāng)于一輛傳統(tǒng)汽車(chē)?yán)锏挠拖洌惠v太陽(yáng)能汽車(chē)使用使用蓄電池儲(chǔ)存在以后的某一時(shí)間將被使用的能量。因此，利用太陽(yáng)能汽車(chē)的原理來(lái)作為此裝置動(dòng)力源，將太陽(yáng)能電池板安裝在自動(dòng)除塵裝置的頂部，電池板通過(guò)采集陽(yáng)光，并產(chǎn)生電流給蓄電池充電，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行儲(chǔ)存。裝置工作時(shí)，蓄電池放電，再將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)裝置工作。

2.3裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

根據(jù)除塵作業(yè)要求，此自動(dòng)除塵裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是為了給車(chē)輪和滾刷傳遞動(dòng)力，使得滾刷轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到清潔灰塵的目的。另外，在滾刷轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞的動(dòng)力使得車(chē)輪運(yùn)動(dòng)，從而使?jié)L刷清掃的同時(shí)，整個(gè)裝置也能向前運(yùn)動(dòng)，最后使得個(gè)太陽(yáng)能電池板表面被清掃完全。

組成此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的部件主要是齒輪和鏈輪。1號(hào)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪嚙合將動(dòng)力傳遞給裝置的后輪，后輪通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)整個(gè)裝置向前運(yùn)動(dòng)。2號(hào)電動(dòng)機(jī)則通過(guò)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈條，從而將動(dòng)力傳遞給滾刷。

2.4裝置清掃機(jī)構(gòu)

關(guān)于此裝置的除塵功能，主要分為兩個(gè)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(yùn)動(dòng)而移動(dòng)。

在這個(gè)裝置中，滾刷和排刷的刷毛可以根據(jù)實(shí)際情況和除塵效果進(jìn)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(dāng)電池板表面灰塵積累一定程度，開(kāi)啟電源裝置開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。1號(hào)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而通過(guò)齒輪嚙合和輪軸來(lái)驅(qū)動(dòng)裝置后輪運(yùn)轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)向前行進(jìn)。在行進(jìn)過(guò)程中，2號(hào)電機(jī)通過(guò)鏈輪和鏈條來(lái)帶動(dòng)滾刷的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，破壞太陽(yáng)能電池板表面灰塵的組織結(jié)構(gòu)，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(dāng)距離，使得滾刷毛呈現(xiàn)合適的彎曲變形。從受力分析看，只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的滾刷毛與光伏組件表面接觸所產(chǎn)生的摩擦力大于灰塵吸附光伏組件表面的吸附力時(shí)，才可將灰塵出去。滾刷受力分析如圖2所示。設(shè)裝置所受重力為G，光伏組件對(duì)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(jī)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(jìn)行二次清掃。滾刷與排刷的配合，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板表面的灰塵清掃功能。

3　結(jié)束語(yǔ)

在荒漠化或者偏僻地區(qū)，太陽(yáng)能電池板表面極易附著灰塵和沙土。考慮到電池板所處環(huán)境和對(duì)除塵裝置的要求,設(shè)計(jì)了一種在此等環(huán)境下工作且無(wú)需用水或清潔劑的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)除塵裝置。此裝置的設(shè)計(jì)主要從經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用性等角度出發(fā)，所用設(shè)備簡(jiǎn)單且能達(dá)到除塵目的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移植性好、使用方便、成本低廉且穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)約了相應(yīng)的人力物力。

[1]高凌云.太陽(yáng)能電池板除塵新技術(shù)[J].現(xiàn)代物理知識(shí),2010(05):52.

[2]余海.太陽(yáng)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(kāi)封人，本科，研究方向：光伏發(fā)電清潔設(shè)備研究。

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