基于壓縮氣體的太陽能電池板除塵研究

張紹華+石坤宏+張宏立

摘 要：荒漠地區電池板表面積灰嚴重制約著光伏發電效率和光伏組件的壽命。文章分析了積灰對光伏發電的影響，并且分析了灰塵顆粒在電池板上的受力。最后設計了壓縮氣體除塵實驗，實驗結果表明利用壓縮氣體的電池板除塵，高效節能環保且實用適合推廣和應用。

關鍵詞：電池板除塵；積灰分析；壓縮氣體除塵

引言

隨著化石能源的不斷減少和日益惡化的環境問題，國家大力發展新型、環保的綠色能源[1]。太陽能在國家政策的扶持下取得了長足的發展。但是由于光電受不斷變化的環境影響，被視為不穩定能源不能全部并入電網，產棄光率達到30%以上。而在一些光電工程中，由于忽略了太陽能電池板陣列表面積灰的問題，導致電池板上堆積起厚厚的灰塵[2]。太陽能電池板表面積灰對太陽能電池板的發電效率，電池壽命有很大的影響[3]，這些都是光電工程在實踐和普及上避不開的絆腳石。

本論文研究了一種利用壓縮氣體的太陽能電池板除塵系統，其利用光電的棄光電量壓縮空氣儲能，再利用壓縮空氣通過噴嘴形成壓縮氣流對電池板進行清理，利用壓縮氣體的電池板除塵，高效實用，能解決傳統的電池板除塵方式費時費力的局面。

1 積灰對光伏發電的影響研究

1.1 積灰的遮光效應

灰塵落到太陽能電池板表面以后，光線對太陽能電池板的照射就會被灰塵遮擋，不僅使電池板實際接受太陽光的有效面積減少，而且還改變了部分入射光線在玻璃蓋板中傳播的均勻性[4]。

光線照射到灰塵顆粒上，產生了反射和折射現象，會造成玻璃蓋板的透射性減弱，從而減弱了到達太陽能電池板表面上的光強，使光電效應變弱，光伏發電量減少。

1.2 積灰的熱斑效應

當電池板表面有灰塵顆粒或樹葉等其他物質時，就會改變光伏發電的熱平衡，當太陽能電池板組件在長久太陽光線照射下，一部分組件在灰塵遮擋的影響下不能正常工作[5]，這樣會使被遮蓋的部分升溫遠遠大于未被遮蓋部分，導致溫度過高而出現被燒壞的熱斑。熱斑可能導致整個電池板組件損壞，帶來巨大損失。

2 灰塵顆粒在電池板上的受力分析

由于荒漠地區氣候干燥，降水量低，經測定電池板上灰塵含水量僅為0.26%[5]，所以暫不考慮灰塵所受的毛細作用力。于是灰塵顆粒在電池板表面主要受到范德華力、靜電力、重力的復合作用如圖1。

根據圖1粘附力公式可以表示為：

Fad=Fvdw+FE+GY

代入范得華力、靜電力、重力公式得：

灰塵顆粒半徑較小時，R 小于約為10×10-6m時，通過參數的確定，得出灰塵顆粒受力大小與相關參數之間的關系：灰塵在電池板表面的粘附力隨灰塵顆粒半徑的增大而增大，其取值范圍為10-10～10-8N；在干燥多風的荒漠地區，不考慮化學作用和外力干擾時，灰塵清潔主要考慮凈重力和范德華力。

3 壓縮氣體除塵原理及實驗

3.1 壓縮氣體除塵原理

本文總結傳統電池板除塵方式的弊端，并使用棄光電量，設計了一種利用壓縮氣體除塵的系統，其原理為使用光伏工程中無法并網的棄光電量壓縮空氣儲能，再利用壓縮氣體對電池板的沖擊力進行除塵。

如圖2所示，本系統使用棄光電量壓縮空氣，再利用壓縮氣體除塵，克服了現有技術對水資源的消耗和對太陽能電池板組件的二次損害，利用率棄光電量，能更好的提升太陽能的利用效率。

3.2 實驗結果

設計壓縮氣體除塵實驗，進行除塵實驗驗證，在電池板上側安裝噴嘴，空壓機中壓縮空氣通過噴嘴沖擊到電池板上，達到對電池板清理的效果，除塵效果如圖3所示。

從圖3a、3b可以看出，電池板積灰經氣體除塵后，灰塵明顯減少，且沒有傳統水射流除塵所留下的水垢，和機械摩擦除塵留下的劃痕。利用壓縮氣體的電池板除塵高效實用。

4 結束語

本文研究了壓縮氣體對太陽能電池板的除塵，分析了積灰對光伏工程的影響，設計了一種新型的利用壓縮氣體對電池板除塵的系統，其利用光電工程中不能并入電網的棄光電量壓縮空氣儲能，再將壓縮氣體安裝在太陽能電池板上的噴嘴對太陽能電池板沖洗，實現了對太陽能電池板的除塵。既解決了光電工程產生大量棄光電量，又對太陽能電池板進行了清理，實驗結果表明，此系統可以較好地清理太陽能電池板上的積灰，適合推廣和應用。

參考文獻

[1]姚敘紅.高效太陽能電池關鍵技術研究[D].太原：中北大學，2009.

[2]劉正浩.提高太陽能光伏轉換效率的控制系統研究及實現[D].大連：大連工業大學，2012.

[3]李江華.光伏組件自動除塵裝置優化研究[D].重慶：重慶理工大學，2015.

[4]王清.太陽能電池板智能清潔系統的設計與實現[D].蘇州：蘇州大學，2015.

[5]孟廣雙.荒漠光伏太陽能電池板表面灰塵作用機理及其清潔方法研究[D].西寧：青海大學，2015.