基于雨刷器的太陽能LED路燈自動除塵裝置設計

田 昊，沈浩天，劉雄飛，張 微

(中國礦業大學銀川學院信息工程學院，銀川 750001)

0 引 言

太陽能光伏發電近幾年迅速發展，工程實踐中光伏電池板易積灰，光伏電池板積灰對其輸出效率以及對組件壽命具有顯著的影響。有研究數據表明：在溫度25 ℃時，光伏組件灰塵濃度從5 g/m2增長到20 g/m2時，組件輸出功率下降37.67%，光伏組件輸出功率下降明顯[1]。我國的光伏系統輸出功率受到灰塵的影響約為20%左右，1兆瓦電站每年因為灰塵的沉積，電量損失約25萬kWh[2-3]。另外，光伏電池板長時間積灰，遮擋太陽能光伏板組件，使太陽能光伏組件不能夠及時散熱，光伏組件出現暗斑、焊點融化、封裝材料老化等現象[4-6]?？紤]到光伏板設置在偏遠無水地區，人工清潔損耗大量的人力、物力以及經驗成本增加的問題，設計一種自動定時檢測的智能化太陽能光伏板清潔裝置具有一定意義[7]。

1 除塵裝置的整體設計

設計擬實現：①定時間、定次數對光伏電池板自動除塵；②實現特殊天氣下對光伏電池板除塵；③對任意單塊光伏電池板的除塵。基于上述目標，該設計方案中，采用雨刷器作為光伏電池板的除塵裝置；單片機系統作為控制器，實現太陽能板自動除塵。該除塵裝置主要包括：控制電路板、直流電機、除塵刷以及紅外傳感器等。其總體設計方案如圖1所示。

圖1 總體方案設計圖

1.1 控制電路

輸入端通過降壓模塊和計時器與太陽能蓄電池電連接；控制電路板的輸出端通過升壓模塊與直流電機電連接；直流電機固定安裝于太陽能電池板的底部，并與除塵刷傳動連接；紅外傳感器固定安裝于太陽能電池板受光面的側面，并與控制電路板電連接；濕度傳感器固定安裝于太陽能電池板受光面的頂部，并與控制電路板連接。

1.2 檢測電路

采用無人機巡檢方案，即利用無人機拍攝的方式，人工篩查需要清洗的太陽能光伏板，該方式的目的是對需要積灰的單塊太陽能光伏板針對性清掃。另外，增添直流互感器并設置對照組，用于配合無人機巡檢方案對太陽能板是否需要進行清潔。硬件結構如圖2所示。

圖2 硬件結構圖

2 實驗結果

根據上述設計方案，設計出基一種于雨刷器的太陽能LED路燈自動除塵裝置如圖3所示。該自動除塵裝置采用單片機[8]以及其外圍的單片機最小系統實現自動控制，并通過紅外傳感器配合實現定時除塵，無需人為操作，除塵效率更高，十分安全；可針對性對單塊太陽能光伏板進行清潔；采用結構簡單，價格低的雨刷器作為除塵設備主要構件，節省成本，選用延展性強的除塵刷，可以解決無水清潔不干凈和材料被氧化的問題，除塵更加干凈徹底。

圖3 基于雨刷器的太陽能LED路燈自動除塵裝置

通過實驗驗證該裝置對光伏電池板清潔后發電功率的影響，實驗結果表明：光伏電池板清潔后其發電效率提高，實驗結果見表1。

表1 清潔前、后功率對比

從理論上分析，太陽能光伏板清潔前、后，其發電的能量大小有明顯差異，誤差可能來源于以下幾個方面：一是實驗數量不夠；二是實驗規模小，應用的太陽能光伏板數量少。

3 結束語

基于一種雨刷器的太陽能LED路燈自動除塵裝置設計及實驗結果證明，該裝置不僅可實現太陽能光伏電板自動除塵，除塵后能提高太陽能光伏電磁組件發電能力，還能結合無人機巡檢技術，運用于大型太陽能光伏電站，減少運行維護工作量，具有一定的意義和實際應用價值。