一种光伏组件降温除灰装置及光伏系统

1.本发明涉及建筑光伏产业领域，具体涉及一种光伏组件降温除灰装置及光伏系统。


背景技术：

2.不良的通风环境将直接影响光伏电池的能效和使用寿命，以晶体硅光伏电池板为例，在温度超过40℃后，表面温度每升高1℃，光电转换效率就会下降0.3％～0.5％；达到其工作温度上限后，温度每升高 10℃，光伏电池的老化速率加快一倍。因此，高效冷却降温对提高光伏电池的工作效率、延长使用寿命具有十分重要的意义。另外，光伏组件露天放置时表面会聚集大量微小颗粒形成积灰，不仅阻碍热量传递、降低能量转换效率，还会形成遮挡效应，影响太阳能吸收，积灰量越多，光伏组件输出特性越差。
3.自然通风冷却是目前太阳能光伏领域广泛应用的一种冷却方式，其原理是在光伏背板上加翅片、通道等进行强化气流流动，对下游光伏壁面进行冷却降温。自然通风冷却的缺陷在于：气流循环空间仅限于光伏背板与屋面之间，气流冷却性能受限；自然气流流经单体建筑后发生分离，在建筑后方形成再循环区，在建筑屋顶形成低速的回流区，风速减小导致自然通风条件下屋面铺设光伏组件的温度升高，系统的效率降低。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种光伏组件降温除灰装置及光伏系统，通过在建筑屋顶布置翼板充分提高气流流速，有效增强自然通风的冷却性能、降低建筑屋顶光伏组件的温度、缓解建筑屋顶光伏组件的积灰情况。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
6.一种光伏组件降温除灰装置，包括若干平行设置与屋顶上的支架，每个所述支架上设置有多个翼板，每个所述的翼板均通过蜗轮蜗杆副与设置在屋顶上的驱动机构的输出端相连，所述驱动机构用于驱动蜗轮蜗杆副转动并带动翼板旋转。
7.本发明还具有以下技术特征：
8.具体的，所述蜗轮蜗杆副包括蜗轮本体、蜗杆本体、蜗轮传动轴和蜗杆传动轴，所述蜗轮本体与所述蜗杆本体啮合传动连接，所述蜗轮传动轴穿设于所述蜗轮本体的中心，所述蜗杆传动轴穿设于所述蜗杆本体的中心，所述蜗轮本体的中轴线与所述蜗杆本体的中轴线垂直设置，所述蜗轮传动轴的中轴线与所述蜗杆传动轴的中轴线垂直设置；所述蜗杆传动轴与驱动机构的输出端传动连接，所述蜗轮传动轴一端与设置在支架上的轴承底座相连、另一端与翼板相连。
9.更进一步的，所述驱动机构还包括对称设置于屋顶两侧的第一立柱和第二立柱，所述第一立柱的顶端设置有驱动电机，所述驱动电机的输出端经蜗杆传动轴与第二立柱相连。
10.更进一步的，所述支架包括对称设置于屋顶两侧的第三立柱和第四立柱，所述第
三立柱和第四立柱通过支架相连，所述轴承底座竖直设置在横梁上
11.更进一步的，所述翼板与蜗轮传动轴的夹角为45
°
到80
°
，所述翼板为梯形结构，且翼板长边端与屋顶的垂直距离小于翼板短边端与屋顶的垂直距离。
12.更进一步的，所述翼板采用pc耐力板制成，且多个所述翼板等间距设置。
13.更进一步的，所述蜗轮传动轴的旋转角度为-90
°
～90
°
14.本发明还保护一种光伏系统，包括等间隔设置在建筑屋顶上的多组光伏组件，还包括上述光伏组件降温除灰装置，所述光伏组件降温除灰装置设置在建筑屋顶上，且位于光伏组件的前端。
15.更进一步的，所述光伏系统还包括设置在所述建筑屋顶前端的导风装置，所述导风装置包括与所述建筑屋顶的头端相连的支撑机构，所述支撑机构还与建筑侧壁上端相连，所述支撑机构上活动连接有弧形导风板，所述弧形导风板能够在支撑机构的带动下远离或靠近建筑侧壁。
16.更进一步的，所述支撑机构包括设置在建筑侧壁顶端的安装座，所述安装座上沿竖向开设有滑槽，所述滑槽内设置有滑块，所述滑块上转动连接有支撑杆，所述支撑杆还与所述弧形导风板连接，弧形导风板的上端经转轴转动连接安装座的顶端，所述滑块沿滑槽滑动以带动弧形导风板向远离或靠近建筑侧壁的方向移动。
17.本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
18.(ⅰ)本发明的光伏组件降温除灰装置通过设置翼板对流经屋顶光伏组件的气流进行扰动，强化自然气流，当自然气流流经翼板时，产生反向涡旋，涡旋带动下游流体旋转冲刷屋顶光伏组件，从而加强了对光伏组件的降温和除尘效果。
19.(ⅱ)本发明的光伏系统通过设置的光伏组件降温除灰装置降低光伏组件的温度，提高了光伏组件的光电转化效率；通过设置导风装置调整风流的角度，进一步改善屋顶的气流情况，从而解决了现有技术中，建筑屋顶光伏组件由于温度过高导致光能转化效率低下的技术问题。
20.(ⅲ)本发明中的翼板采用透明pc耐力板材质，具有透光率高、耐冲击、耐温范围广等优点，布置于光伏板面上方可进一步提高光伏光电转化效率。
21.(ⅳ)本发明的光伏系统中的光伏组件的降温过程属于被动式降温，无需消耗过多外力，在风向改变时，只需消耗少量外力即可调节翼板的迎风角度和导风装置的角度，结构简单，安装方便，控制角度精准，节能效果明显。
附图说明
22.图1为本发明的光伏系统的整体结构示意图，图中带箭头的螺旋线代表自然风经过翼板后产生的强化气流涡旋；
23.图2为本发明的降温除灰装置的局部结构示意图，其中箭头方向为蜗轮传动轴的旋转方向；
24.图3为导风装置结构示意图；
25.图4为实施例1的局部结构示意图；
26.图5为本发明中翼板适应风向调整的原理图；
27.图中各标号含义：1-支架，2-翼板，3-蜗轮蜗杆副，4-驱动机构， 5-光伏组件，6-建
筑屋顶，7-导风装置；31-蜗轮本体，32-蜗杆本体， 33-蜗轮传动轴，34-蜗杆传动轴，35-轴承底座；41-驱动电机；71-支撑机构，72-弧形导风板；711-安装座，712-滑槽，713-滑块，714-支撑杆，715-转轴。
28.以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
29.需要说明的是，本发明中的所有设备和零部件，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的设备和零部件。
30.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
31.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.实施例1
33.遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例公开一种光伏组件降温除灰装置，包括若干平行设置于屋顶上的支架1，每个支架1上设置有多个翼板2，每个翼板2均通过蜗轮蜗杆副3与设置在屋顶上的驱动机构4的输出端相连，驱动机构4用于驱动蜗轮蜗杆副3转动并带动翼板2旋转。翼板2用于带动气流产生涡旋。
34.作为本实施例的一种优选方案，如图2所示，蜗轮蜗杆副3包括蜗轮本体31、蜗杆本体32、蜗轮传动轴33和蜗杆传动轴34，所述蜗轮本体31与所述蜗杆本体32啮合传动连接，所述蜗轮传动轴33 穿设于所述蜗轮本体31的中心，所述蜗杆传动轴34穿设于所述蜗杆本体32的中心，所述蜗轮本体31的中轴线与所述蜗杆本体32的中轴线垂直设置，所述蜗轮33传动轴的中轴线与所述蜗杆传动轴34的中轴线垂直设置；蜗杆传动轴34与驱动机构4的输出端传动连接，蜗轮传动轴33一端与设置在支架1上的轴承底座35相连，另一端与翼板2相连。
35.当驱动机构4的输出端转动时，可以带动蜗杆传动轴34旋转，进而带动与蜗杆本体32啮合的蜗轮本体31旋转，最终带动翼板2旋转，产生涡流气体。
36.作为本实施例的一种优选方案，驱动机构4还包括对称设置于屋顶两侧的第一立柱和第二立柱，第一立柱的顶端设置有驱动电机41，驱动电机41的输出端经蜗杆传动轴34与第二立柱相连。驱动电机 41用于驱动蜗轮蜗杆副3转动。
37.在其他的方案中，也可以根据需要，在第一立柱和第二立柱的顶端均设置驱动电机41，两个驱动电机41的输出轴分别连接蜗杆32 的两端。驱动电机上可以连接用于控制驱动电机启停和转速的调节开关。
38.作为本实施例的一种优选方案，支架1包括对称设置于屋顶两侧的第三立柱和第
四立柱，第三立柱和第四立柱通过横梁相连，轴承底座35竖直设置在横梁上，也可以直接选用n形支架。
39.作为本实施例的一种优选方案，翼板2与蜗轮传动轴33的夹角为45
°
到80
°
，翼板2为梯形结构，且翼板2长边端与屋顶的垂直距离小于翼板2短边端与屋顶的垂直距离，即，翼板2相对于屋顶平面倾斜设置。
40.如图1所示，呈梯形结构的翼板2倾斜布置，尤其是，可以在蜗轮蜗杆副3的带动下进行旋转，使其迎风面始终朝向气流的送风方向切斜设置，由于气流存在速度梯度，所以在图4所示的翼板2前方的高动量主流区域和翼板2后方的低动量尾流区域区之间会产生压力差，造成在梯形结构的翼板2边缘形成的剪切层不稳定，进而引发图 5所示的反向旋涡对，对自然气流起到加强作用，另外，梯形结构可以提供与自然湍流边界层相似的相干结构，与三角形和矩形结构相比，具有功耗较低的特点。
41.作为优选，翼板与蜗轮传动轴33的夹角为60
°
。
42.作为本实施例的一种优选方案，翼板2采用pc耐力板制成，且多个翼板2等间距设置。
43.作为本实施例的一种优选方案，蜗轮传动轴33的旋转角度为-90
°
～90
°
。
44.本实施例的工作原理如下：
45.由于开尔文-亥姆霍兹不稳定性原理，在有剪力速度的连续流体内部或有速度差的两个不同流体的界面之间发生的不稳定现象，所以翼板2边缘产生的剪切层变得不稳定，产生周期性反向涡旋对，进而带动下游流体旋转冲刷光伏组件，充分强化流经光伏组件的自然气流，同时削弱光伏组件上的积灰程度，达到对光伏组件除灰的效果。
46.本实施例的工作过程如下：
47.将支架1固定架设在屋顶表面，轴承底座35固定安装在支架1 上，轴承底座35内套装蜗轮传动轴33，蜗轮本体31与蜗杆本体32 啮合传动连接，当主导风流经翼板时，可以通过驱动电机41带动蜗杆传动轴34转动，进而带动多个翼板2旋转到最佳迎风面，由于翼板2的作用，对翼板迎风面后方的气流产生扰动。
48.实施例2
49.遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例提供一种光伏系统，包括建筑屋顶6和多组光伏组件5，光伏组件5沿建筑屋顶6的长度方向等间隔设置在建筑屋顶6上方，还包括多个实施例1公开的光伏组件降温除灰装置，光伏组件降温除灰装置与光伏组件5沿建筑屋顶6的长度方向顺序间隔布设。
50.本实施例中，每组光伏组件5中包含多块呈阵列式布设的光伏板，且光伏板设置在彩钢瓦屋顶上，且光伏板平面与彩钢瓦屋顶平面平行设置；将多个光伏组件降温除灰装置和多组光伏组件5顺序固定架设在屋顶的建筑屋顶6上，确保每组组光伏组件5的两侧均设置有一个光伏组件降温除灰装置。
51.作为本实施例的一种优选方案，光伏系统还包括设置在建筑屋顶 6前端的导风装置7，如图3所示，导风装置7包括与建筑屋顶6的头端相连的支撑机构71，支撑机构还71与建筑侧壁上端相连，支撑机构71 上活动连接有弧形导风板72，弧形导风板72能够在支撑机构71的带动下远离或靠近建筑侧壁。
52.导风装置7的弧形导风板72用于抑制建筑物，尤其是低矮建筑物屋面前缘的气流
分离，从而为屋顶上呈阵列式排布的翼板2提供更好的冷却气流环境。
53.当天气恶劣或需要对光伏组件检修时，可以将弧形导风板72收起。
54.作为本实施例的一种优选方案，支撑机构71包括设置在建筑侧壁顶端的安装座711，安装座711上沿竖向开设有滑槽712，滑槽712内设置有滑块713，滑块713上转动连接有支撑杆714，支撑杆714还与弧形导风板72连接，弧形导风板72的上端经转轴715转动连接安装座711 的顶端，滑块713沿滑槽712滑动以带动弧形导风板72向远离或靠近建筑侧壁的方向移动。
55.作为优选，安装座711上还设置有用于驱动滑块713在滑槽712内移动的电机，所述电机上还连接有控制电机转速的控制器，可以通过控制器控制电机转速和滑块713的滑动距离。
56.当滑块713在滑槽712内向上移动时，弧形导风板72向远离建筑侧壁的方向移动，当滑块713在滑槽712内向下移动时，弧形导风板72 向靠近建筑侧壁的方向移动。
57.本实施例在使用时，将多个光伏组件降温除灰装置和多组光伏组件5顺序固定架设在屋顶的建筑屋顶6上，确保每组组光伏组件5的两侧均设置有一个光伏组件降温除灰装置，当主导风流经翼板时，光伏组件降温除灰装置产生的如图5所示的反向涡流对送风方向的下游气流产生扰动形成涡流，强化了自然气流，可更好地冷却对光伏组件5，有效降低了光伏组件温度，提高了光伏组件的光电转化效率，同时可以光伏组件5表面的积灰程度，达到除灰效果。
58.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
59.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。