结合地热及超声波的光伏板除雪/冰装置及方法与流程

技术特征：
1.一种结合地热及超声波的光伏板除雪/冰装置，其特征在于：包括地热加热组件、超声振动组件和重力传感器；地热加热组件包括膨胀水箱、循环水泵和循环水管；膨胀水箱和循环水泵设置在光伏板一侧的地面上；循环水管包括加热进水管、光伏板加热管和回水管；光伏板加热管均匀布设在光伏板的背板上；加热进水管的进水口依次与循环水泵和膨胀水箱相连接，加热进水管的出水口连接光伏板加热管的入水口，加热进水管的中部埋设在土壤中；回水管的一端连接光伏板加热管的出水口，另一端连接膨胀水箱；超声振动组件包括蓄电池和若干个压电陶瓷片；若干个压电陶瓷片均布在光伏板的背板上且与光伏板加热管交错布设；每个压电陶瓷片均与蓄电池电连接；重力传感器用于监测光伏板上覆盖冰雪的重量，重力传感器分别与循环水泵和蓄电池相连接。2.根据权利要求1所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰装置，其特征在于：加热进水管根据实际情况埋设于地下
‑
2.5m至
‑
20m处。3.根据权利要求1所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰装置，其特征在于：光伏板加热管在光伏板背板上呈网格式布设，压电陶瓷片和重力传感器均布设在光伏板加热管形成的网格中。4.根据权利要求1所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰装置，其特征在于：位于土壤和光伏板之间的加热进水管外周包覆有保温层。5.根据权利要求1所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰装置，其特征在于：还包括环境温度传感器，环境温度传感器用于检测光伏板所在区域的环境温度；光伏板加热管的进水口设置有进水温度传感器，光伏板加热管的出水口设置有出水温度传感器；循环水管中设置有流量计；环境温度传感器、进水温度传感器、出水温度传感器和流量计均与重量传感器相连接。6.一种结合地热及超声波的光伏板除雪/冰方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、设置光伏板上覆盖冰雪的重量阈值：设置重量阈值一和重量阈值二，且重量阈值一小于重量阈值二；步骤2、循环水泵启动：当环境温度低于设定温度或重量传感器检测的重量超过重量阈值一时，循环水泵启动，膨胀水箱中的水体依次经过循环水泵和预埋在土壤中的加热进水管后，被地热加热；步骤3、加热除冰雪：加热后的水体通过光伏板加热管对光伏板进行加热，进而对位于光伏板上的冰雪进行清除，并防止结冰；步骤4、加热和振荡双重除冰雪：当重量传感器检测的重量超过重量阈值二时，在循环水泵保持启动的同时，启动蓄电池，蓄电池将电信号传递到布设在光伏板背面的压电陶瓷片上，压电陶瓷片通过逆压电效应产生高频振动，进而辅助光伏板上的积雪或冰块滑落，提高除冰雪效率。7.根据权利要求6所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰方法，其特征在于：步骤3中，光伏板加热管中加热水体的传热量q的计算公式为：
q＝cm(t
in
‑
t
out
)其中，c为加热水体的比热；m为加热水体的质量流量；t
in
为光伏板加热管的入口水流温度；t
out
为光伏板加热管的出口水流温度；d为光伏板加热管的直径；ρ为水体密度；υ为水体流速。8.根据权利要求7所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰方法，其特征在于：通过对加热进水管管径、加热进水管在土壤中埋深、埋设长度以及水体流速υ的控制，使得t
out
保持在15℃～20℃。9.根据权利要求7所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰方法，其特征在于：根据光伏板上积雪量和所处环境温度，调整水体流速υ，使得t
out
保持在5℃～10℃。10.根据权利要求9所述的结合地热及超声波的光伏板除雪/冰方法，其特征在于：步骤4中，当重量传感器检测的重量超过重量阈值二，且冰雪传感器检测到环境降雪量超过预设值时，通过增大光伏板倾角的方式，一方面减缓新降冰雪在光伏板上的沉积，另一方面，使得已经堆积在光伏板上的冰雪在压电陶瓷片的振动下，快速下落。

技术总结
本发明公开了一种结合地热及超声波的光伏板除雪/冰装置及方法，包括地热加热组件、超声振动组件和重力传感器；地热加热组件包括膨胀水箱、循环水泵和循环水管；循环水管包括加热进水管、光伏板加热管和回水管；光伏板加热管均匀布设在光伏板的背板上；加热进水管的中部埋设在土壤中；超声振动组件包括蓄电池和若干个均与蓄电池连接的压电陶瓷片；若干个压电陶瓷片均布在光伏板的背板上；重力传感器用于监测光伏板上覆盖冰雪的重量。本发明有效利用地热融化光伏板上的积雪，同时，结合蓄电池将超声波的电振荡信号传递到压电陶瓷片上，压电陶瓷片通过逆压电效应产生高频振动，进而辅助光伏板上的积雪滑落，大大提高除雪效率。大大提高除雪效率。大大提高除雪效率。


技术研发人员：李栋 沈雷虎 王佳勇 于超 商雨禾 艾凡彪 陈红伟 吴九龙
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：2021.06.24
技术公布日：2021/10/23