基于水的太阳能电池板自动清洁系统及其方法与流程

基于水的太阳能电池板自动清洁系统及其方法
1.本发明是于2020年9月8日提交的、第202021038744号临时专利申请和于2021年8月27日提交的、第202121038901号临时专利申请的组合。
技术领域
2.本发明涉及一种太阳能电池板清洁系统及其方法。更具体地，本发明涉及定时器自动操作的、基于水的太阳能电池板自动清洁系统(water based automatic solar panel cleaning system)，该系统易于安装并且有效地清洁太阳能电池板的表面。


背景技术：

3.在政府的大力支持下，近年来国内太阳能发电产业发展迅速，太阳能发电量也大幅增加。目前，使用太阳能电池板收集太阳能是一种常见的做法。显然，这些太阳能电池板会安装在室外，以接受太阳光的直接照射，并且，在太阳能电池板达到一定规模时，会安装在乡村或农村地区。鉴于太阳能电池板保持在一个斜坡上，该斜坡可以是可变的或是固定的，悬浮的灰尘和颗粒会留在太阳能电池板的表面上，形成一层或形成膜，使得太阳光难以照射在太阳能电池板的表面上，从而大大降低了其性能。
4.太阳能作为取之不尽、用之不竭的第一清洁能源成为世界各国竞相开发的重点，太阳能发电具有安全可靠、无污染、无噪音等优点。太阳能产业已成为全球发展最快的新兴产业之一，但同时也存在太阳能密度低、间歇性强、光照方向和强度时间不断变化等问题，光伏发电系统阵列式太阳能电池板的光电转换装置，多采用固定安装，不能实时追踪太阳位置的变化，导致光照效率较低，影响光电转换效率，此外，由于电池板表面完全暴露在室外空气中，随着时间推移，空气中的无机灰尘和有机灰尘会逐渐积聚在其表面，既降低了电池的能量转换效率，也容易因“热岛效应”造成电池局部发热而损坏，导致太阳能蓄电池的寿命大大缩短。
5.由于大多数太阳能公园(solar park)或其它设施以及太阳能电池板的集中地位于沙漠地区，那里的太阳辐射强烈并且暴露在多尘的环境中，因此清洁太阳能电池板变得至关重要。太阳能电池板表面通常由高质量的玻璃制成，它们产生的可再生能源的效率取决于玻璃表面的清洁度等等。由于太阳能电池板的表面上的灰尘和其它类型的污垢和/或碎屑，使得能量损失在某些情况下，可能达到百分之四十(40％)以上。
6.在使太阳能电池板的潜在效率最大化并防止效率下降的同时，公知的去除污垢和其它元素的方法是清洁太阳能电池板。目前，太阳能电池板可以以类似于清洁窗户面板的方式进行清洁。然而，因为太阳能板有时位于难以到达的区域，诸如倾斜的屋顶，所以爬到屋顶上清洁太阳能电池板系统的苦差事是繁重的并且经常发生危险。另外，一些太阳能电池板系统包括大量单独的太阳能电池板。清洁每个单独的太阳能电池板可能会耗费太多时间。
7.各种现有技术已经公开描述了太阳能电池板的清洁。现有技术文献ep2048455公开了一种系统，该系统包括纵向导轨(1)、清洁刷(3)、驱动单元(2)、电控面板(5)和雨量传
感器(6)，该驱动单元安装为可以沿着纵向导轨(1)线性移动并且设置有至少一个马达元件(4)，该马达元件用于清洁刷(3)的旋转致动以及用于清洁刷(3)与驱动单元(2)一起沿着纵向轨道(1)移动，该雨量传感器用于自动启动驱动单元(2)。
8.另一个现有技术文献us 8,771,432涉及用于清洁成排的太阳能电池板的系统和方法。每个太阳能电池排(solar row)具有高于地面的上边缘和下边缘，以提供太阳能电池排的倾斜度。清洁组件清洁太阳能电池板表面。支撑框架支撑该清洁组件，并且能够在太阳能电池排的宽度方向和长度方向上上下运动。该清洁组件的操作和运动受到控制，以在向下运动期间清洁太阳能电池板的表面。该清洁组件优选地在向上移动期间不工作。在向下运动期间，清洁组件从太阳能电池板的表面去除污垢、碎屑和灰尘，并且产生空气流以吹掉这些污垢、碎屑和灰尘。该系统包括导向系统，该导向系统用于使该清洁组件运动，以使其与连续的太阳能面板排对齐。
9.上述现有技术在太阳能电池板表面的灰尘清洁装置方面存在复杂的结构。自清洁式太阳能电池板装置结构复杂、没有吹气清洗装置、实用性差、应用范围小。这些低水平缺陷提供了一种干式清洁。因此，太阳能电池板越清洁越不干净；没有制水装置，这限制了太阳能电池板清洁装置的适用范围，并且智能自动化程度不高。
10.总体来说，太阳能电池板在使用一段时间后，存在发电效果差的现实。究其原因，很大一部分原因是由于太阳能电池板上积灰或长出了青苔等，导致照明效果不佳。为了实现太阳能电池板的最佳性能，有必要定期对其进行清洁，并且清除积聚在其上的污垢。这种操作目前是手动进行的，这带来了一些缺点，例如:维护人员成本高，操作人员必须使用梯子或其它提升装置来接近板的表面而存在发生事故的风险，以及将工具和水或其它清洁产品运输到板所在区域的缺点。
11.因此，本领域需要一种用于太阳能电池板清洁系统的解决方案。因此，发明太阳能电池板自动清洁系统具有重要意义。本发明解决了这一需求，如将在下面更详细地描述的。
12.发明目的
13.本发明的主要目的在于提供一种基于水的太阳能电池板自动清洁系统。
14.本发明的另一个目的在于具体地解决和减轻现有技术中的上述缺陷。
15.本发明的另一个目的在于提供定时器自动操作的清洁系统，并且即使在高温下也能操作。
16.本发明的另一个目的在于提供更少的清洁用水、更短的清洁时间、防水和更少的功耗。
17.本发明的又一个目的在于提供一种基于水的太阳能电池板自动清洁系统，该系统需要最少的维护和监管，且建造成本低。
18.本发明的另一个目的在于用最少的水提供最大程度的清洁，减少应变(strain)，并且以低水耗的方式要求更少的空间。
19.本发明的另一个目的在于提供一种基于水的太阳能电池板自动清洁系统，该系统将使太阳能电池板清洁过程完全自动化、成本有效且经济。
20.本发明的另一个目的在于提供一种基于水的太阳能电池板自动清洁系统，该系统具有更高的发电量、延长的寿命和增加的效率。


技术实现要素：

21.本发明涉及一种基于水的太阳能电池板自动清洁系统及其方法。本发明描述了一种改进的太阳能电池板清洁系统，该系统以全自动且经济的方式清洁太阳能电池板。该系统包括多个电磁阀，这些电磁阀通过主管、泵和阀连接到水箱。这些电磁阀的第二端连接到各自的出口管。出口管延伸以与喷洒装置连接，该装置将起到喷水的作用。该系统还包括降压变压器、微控制器和定时器，降压变压器、微控制器和定时器用于控制这些电磁阀的操作，使得这些电磁阀以预定的时间间隔接通和断开。太阳能电池板通过自动喷水的装置以预定的时间间隔被清洁。
附图说明
22.从以下结合附图的详细描述中，本发明的目的和优点将变得显而易见，在附图中：
23.图1示出了根据本发明的基于水的太阳能电池板自动清洁系统的示意图。
24.图2示出了图1中提到的根据本发明的喷水管(water spraying pipe)的示意图。
25.图3示出了根据本发明的喷头(sprayer)的示意图。
具体实施方式
26.说明书中清楚地描述了本发明的本质及其工作方式。本发明具有各种实施例，并且它们在整个说明书的以下几页中被清楚地描述。在解释本发明之前，将理解的是，本发明在其应用方面不受限制。
27.现在如图1所示，根据本发明的基于水的太阳能电池板自动清洁系统包括多个电磁阀(1)，每个电磁阀(1)以其第一端连接到主管(2)。该主管(2)被配置为通过泵(4)和阀(5)接收来自水箱(3)出口的流体(水)。水箱(3)用于存储水并且安装在太阳能电池板(7)下方，水箱(3)以其使水源清洁最大化并且为清洁提供足够的水的方式进行设计。主管(2)具有入口端和出口端，该入口端接收来自水箱(3)的水，该出口端与每个电磁阀(1)的第一端连接。
28.继续参考图1，每个电磁阀(1)的第二端连接到各自的出口管(6)。出口管(6)延伸以与位于太阳能电池板(7)的表面上的喷洒装置连接。因此，一个电磁阀(1)和各自的出口管被配置为通过各自的喷洒装置将水分配到一个太阳能电池板(7)的表面上。该喷洒装置自动地将水喷洒在太阳能电池板(7)上，使得所属的太阳能电池板(7)将被清洁。出口管(6)由硬聚氯乙烯(unplasticized polyvinyl chloride，upvc)管和配件制成。
29.在本发明的优选实施例中，喷洒装置包括喷水管(6a)，该喷水管位于每个太阳能电池板(7)上并且与各自的出口管(6)流体连通，如图1所示。现在参考图2，喷水管(6a)具有进水口(13)和喷洒区段(14)，该进水口连接到各自的出口管(6)，该喷洒区段钻有小孔(6b)，使得其将被用作喷水枪。现在，根据本发明的图2，多个小孔(6b)沿着喷水管(6a)的长度形成，该喷水管自动地将水喷洒到太阳能电池板(7)的表面上。此外，适用于小孔(6b)的各种形状包括圆形、椭圆形和矩形。小孔(6b)以这样的方式被钻出：该方式改善了水在太阳能电池板(7)的表面上的分布，通过使用最少的水进行最大程度的清洁来提高清洗效率。此外，喷洒区段(14)的长度保持足够长，使得它可以清洗太阳能电池板(7)的整个宽度。
30.现在，根据本发明的另一个实施例，喷洒装置包括喷头(8)。现在，如图3所示，喷头
(8)由管状螺纹构件(9)和圆形构件(circular member)(10)构成。此外，管状螺纹构件(9)形成有锥形中空通道(11)，该锥形中空通道允许水通过它。锥形中空通道(11)的第一端与各自的出口管(6)流体连通。锥形中空通道(11)的第二端在圆形构件(10)的中部敞开。这里，锥形中空通道(11)的第一端的直径相对大于其第二端的直径。由于这种构造，产生了加压水流并且将该加压水流喷洒在太阳能电池板(7)的表面上。
31.此外，圆形构件(10)具有弯曲切口(12)，以喷洒弯曲形式的水。锥形中空通道(11)的第二端在弯曲切口中敞开，该弯曲切口将水均匀地分布在太阳能电池板(7)上待清洁的表面或空间上。此外，该喷头(8)自动地将水以弯曲的形式喷洒到太阳能电池板(7)上，覆盖太阳能电池板(7)的整个表面，以更有效地清洁。
32.在优选实施例中，锥形中空通道(11)的第一端的直径为8mm，第二端的直径为4mm。圆形构件(10)的尺寸范围为30mm。此外，管状螺纹构件(9)的高度根据需要灵活掌握，这意味着小型喷头到尺寸非常大的喷头有助于安装到出口管(6)中。喷头(8)也由upvc管和配件制成。将注意的是，在不脱离本发明的范围的情况下，除了本文描述的尺寸之外，其它尺寸也是可行的。
33.此外，电磁阀(1)与控制面板可操作地连接。控制面板包括降压变压器、微控制器和定时器。此外，电磁阀(1)被操作为使得每当向其施加额定电压时，水将流经该电磁阀。如本文所述，这种供应由微控制器和继电器电路控制。
34.降压变压器被设计为将电压从初级降低到次级。该降压变压器降低了输入电流的电压。该降压变压器将230v交流电(ac)转换为所需的电平(level)。然后将电压转换为直流(dc)电压。该dc电压被施加到定时器，该定时器是一种用于测量预定的时间间隔的专用类型的定时器。从预定的时间间隔倒计时的装置通常是定时器。术语“预定的”指的是预先设定的时间，该时间为阀(1)的激活提供基础。具体示例是时间间隔(即，日期，日期/小时/分钟等)或绝对时间。
35.根据本发明，定时器给出时间间隔的指示，该时间间隔将被预先确定为开启微控制器的预定时间间隔。此外，微控制器控制整个过程，并且微控制器被编程为设置用于激活阀(1)的预定时间间隔。阀(1)由控制器控制。控制器与阀(1)电连通。同时，控制器将打开多个电磁阀(1)中的一个电磁阀，使得高压水将从泵(4)通过电磁阀(1)和出口管(6)流向喷洒装置。在该预定时间间隔内，其余的电磁阀(1)保持关闭状态。
36.在该预定时间间隔之后，其余的电磁阀(1)中的一个电磁阀将被打开，保持先前的阀和其它电磁阀(1)关闭。同时在某一特定时间，单个电磁阀(1)被打开而其它电磁阀被关闭，因此由泵(4)产生的全部水压通过出口管(6)施加到喷洒装置上，以通过喷水管(6a)或喷头(8)自动地将水喷洒到太阳能电池板(7)的表面上，如图1、图2和图3。属于喷洒装置的这种高水压将自动清洁太阳能电池板(7)。
37.现在，根据本发明的基于水的自动清洁太阳能电池板的方法，首先在定时器中优选将要操作电磁阀(1)的时间间隔。定时器指示预定的时间间隔的多个时间间隔。在预定的时间间隔，微控制器向多个电磁阀(1)中的任一个电磁阀发送信号。在接收到来自控制器的电信号时，该电磁阀(1)打开以允许水从主管(2)流向出口管(6)且流向喷洒装置。此时，其余阀(1)将保持处于关闭位置。电磁阀(1)中的由泵(4)产生的水压通过各自的出口管(6)施加到喷洒装置上。因此，水通过该喷洒装置被喷洒在太阳能电池板(7)的表面上。
38.如果采用根据本发明的喷水管(6a)，则在这种情况下，水通过喷洒区段上所制做的小孔(6b)被喷洒在太阳能电池板(7)的表面上。在替代方式中，如果喷头(8)用作喷洒装置，则在这种情况下，来自出口管(6)的加压水流过锥形通道，并且从弯曲切口喷洒在太阳能电池板(7)的表面上。在预定的时间间隔，微控制器向电磁阀(1)发送信号，因此阀(1)关闭。
39.然后，微控制器激活另一个电磁阀(1)，以清洁另一个太阳能电池板(7)。再次执行上述过程，以清洁第二个太阳能电池板(7)。因此，太阳能电池板(7)被属于喷洒装置的高水压自动清洁。
40.本发明配备有太阳能电池板自动清洁系统和方法，其可以被用于任何区域，并且该清洁系统的应用范围增加。本发明不使用任何化学品进行清洁。该全自动清洁系统和方法具有高能量产生(energy production)，它延长了寿命并且还提高了效率。本发明的结构简单，没有复杂的制造工艺，可靠性强，节约能源，可以达到自动清洁的效果，经济实惠，易于推广。
41.尽管已经具体描述了优选实施例以及制备和使用，但是应当理解的是，本领域技术人员在不脱离本发明的精神的情况下，可以实现优选实施例的变化。本发明已经参照具体实施例进行了描述，该具体实施例仅是说明性的，并不旨在限制权利要求中限定的本发明的范围。
42.附图标记列表
43.(1)电磁阀
44.(2)主管
45.(3)水箱
46.(4)泵
47.(5)阀
48.(6)出口管
49.(6a)喷水管
50.(6b)小孔
51.(7)太阳能电池板
52.(8)喷头
53.(9)管状螺纹构件
54.(10)圆形构件
55.(11)锥形中空通道
56.(12)弯曲切口
57.(13)进水口
58.(14)喷洒区段。