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(qū)電池板表面積灰嚴(yán)重制約著光伏發(fā)電效率和光伏組件的壽命。文章分析了積灰對光伏發(fā)電的影響，并且分析了灰塵顆粒在電池板上的受力。最后設(shè)計(jì)了壓縮氣體除塵實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用壓縮氣體的電池板除塵，高效節(jié)能環(huán)保且實(shí)用適合推廣和應(yīng)用。

關(guān)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(huán)境問題，國家大力發(fā)展新型、環(huán)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(fā)展。但是由于光電受不斷變化的環(huán)境影響，被視為不穩(wěn)定能源不能全部并入電網(wǎng)，產(chǎn)棄光率達(dá)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(dǎo)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(fā)電效率，電池壽命有很大的影響[3]，這些都是光電工程在實(shí)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(tǒng)，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(jìn)行清理，利用壓縮氣體的電池板除塵，高效實(shí)用，能解決傳統(tǒng)的電池板除塵方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力的局面。

1 積灰對光伏發(fā)電的影響研究

1.1 積灰的遮光效應(yīng)

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(shí)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(chǎn)生了反射和折射現(xiàn)象，會造成玻璃蓋板的透射性減弱，從而減弱了到達(dá)太陽能電池板表面上的光強(qiáng)，使光電效應(yīng)變?nèi)?，光伏發(fā)電量減少。

1.2 積灰的熱斑效應(yīng)

當(dāng)電池板表面有灰塵顆?；驑淙~等其他物質(zhì)時(shí)，就會改變光伏發(fā)電的熱平衡，當(dāng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于未被遮蓋部分，導(dǎo)致溫度過高而出現(xiàn)被燒壞的熱斑。熱斑可能導(dǎo)致整個(gè)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(qū)氣候干燥，降水量低，經(jīng)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(xì)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(fù)合作用如圖1。

根據(jù)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(shí)，R 小于約為10×10-6m時(shí)，通過參數(shù)的確定，得出灰塵顆粒受力大小與相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)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(fēng)的荒漠地區(qū)，不考慮化學(xué)作用和外力干擾時(shí)，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(shí)驗(yàn)

3.1 壓縮氣體除塵原理

本文總結(jié)傳統(tǒng)電池板除塵方式的弊端，并使用棄光電量，設(shè)計(jì)了一種利用壓縮氣體除塵的系統(tǒng)，其原理為使用光伏工程中無法并網(wǎng)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(jìn)行除塵。

如圖2所示，本系統(tǒng)使用棄光電量壓縮空氣，再利用壓縮氣體除塵，克服了現(xiàn)有技術(shù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

設(shè)計(jì)壓縮氣體除塵實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行除塵實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在電池板上側(cè)安裝噴嘴，空壓機(jī)中壓縮空氣通過噴嘴沖擊到電池板上，達(dá)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(jīng)氣體除塵后，灰塵明顯減少，且沒有傳統(tǒng)水射流除塵所留下的水垢，和機(jī)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(shí)用。

4 結(jié)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(shè)計(jì)了一種新型的利用壓縮氣體對電池板除塵的系統(tǒng)，其利用光電工程中不能并入電網(wǎng)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(shí)現(xiàn)了對太陽能電池板的除塵。既解決了光電工程產(chǎn)生大量棄光電量，又對太陽能電池板進(jìn)行了清理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此系統(tǒng)可以較好地清理太陽能電池板上的積灰，適合推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]姚敘紅.高效太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究[D].太原：中北大學(xué)，2009.

[2]劉正浩.提高太陽能光伏轉(zhuǎn)換效率的控制系統(tǒng)研究及實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連工業(yè)大學(xué)，2012.

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

[4]王清.太陽能電池板智能清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2015.

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