文档介绍：基于单片机的太阳能电池板除尘保护装置
指导老师:张明
组员:苏利花陈彦享唐锐
基于单片机的太阳能电池板除尘保护装置
课题步骤
选题意义及依据
课题相关国内外研究现状
研究内容
选择方案
最终初步确定方案
步骤
熟悉题目,分析题目要求
结合实际,考虑可操作性
将题目细化,分为几个模块
针对每个模块设想几种不同的实现方案
结合实际操作与经济性确定一种可行方案
查阅资料,了解每个模块所涉及到的元器件,进行设计
太阳能是一种绿色能源,目前太阳能利用有光热、光电、光化学、光生物 4种方式。光伏组件是光电法利用太阳能的核心部件,已经商用化的硅基太阳能电池光电转化效率接近20%。生产实践表明:随着使用时间的积累,电池板迎光面会逐渐积累一层灰尘和其他污染物,既减弱了电池板对光的吸收,影响电池的发电量,也容易因“热岛效应”造成电池局部发热而损坏。因此,光伏组件表面灰尘及覆盖物的及时清理对于光伏发电整个系统是十分重要的。
选题意义及依据
热岛效应
太阳能电池组件在使用过程中,如果有一片太阳能电池单独被遮挡,例如树叶鸟粪等,单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏,于是整个太阳能电池组件损坏。
研究现状
灰尘效应机制复杂,灰尘的数量、几何特征、物理化学性质、气象因素等都会对灰尘效应的强弱有直接影响。
有研究者考虑采用超硬、高度光洁和双性的组件通光覆盖层来解决这个问题,或者通过覆盖玻璃表面涂覆薄膜层的方式,或者使用 TiO2 自清洁涂层技术(喷涂纳米TiO2薄膜),研究取得了一些进展,但大部分仍处于实验室研究阶段。
也有研究者和企业在光伏组件上外置机械结构来“清扫”灰尘。
目前常用的地面光伏组件清洗方案
人工擦拭
高压冲水清洁
当水经过加压喷水嘴之后形成水汽混合物,将光伏组件表面尘土冲洗干净。由于此种清洁效果彻底,机动性强,并且目前我国劳动力较为低廉,因此被很多光伏电站广泛采用。但由于工作环境恶劣,加之清洁过程形成大量污水,污染环境。与我国提倡的产品“人性化”和工程“节能环保”的理念背道而驰。
高压气流(吹尘清洁)
空气经过加压后,形成强大气流,将组件表面灰尘吹走。此种清洁方式成本低,但由于工作环境恶劣,且清洁过程形成大量粉尘,清洁效果不佳
毛刷清洁(防雨刷式)
主要靠半机械化的毛刷,靠机械力将粉尘扫走。此种清洁方式自动化强,节省人力,但在“清洁效果”和“杜绝污染”上都具有局限性。
除尘方案设计原则
1 ) 除尘作业过程尽量不使用水或者清洗剂
水或者清洗剂除尘效果好, 但对于大规模的光伏系统或者离散布局的光伏系统而言, 清洁用水和清洗剂并不是总可以方便地提供,尽可能的合理使用水资源。
2) 具有感知灰尘积累量的能力
灰尘积累量不是随时间匀速增加的,季节特征或局部干扰因素会使得灰尘积累速度显著变化。因此应具有灵敏的感应灰尘厚度的能力。
3 ) 具有感知昼夜、气象特征的能力
合理的除尘作业应选择在傍晚或者凌晨、无降水的时间进行。白天光照强,除尘作业会对光伏组件电能输出产生很大的干扰,甚至发生不可预期的后果。
4) 除尘机构中可转动部件尽可能少
光伏组件的期望寿命为 20 ~ 25 年,整个运行过程中除尘作业的次数多,任何转动部件都存在润滑和磨损的问题,高频次的使用会导致故障发生概率显著提高,综合经济成本也随之提高。
5) 除尘机构质量轻、方便安装及易损部件更换方便、功耗低
轻质和方便安装的除尘机构对原有光伏组件阵列的影响小,基本无需进行结构加固等工作。易损部件更换方便,有利于缩短人工工作时间,提高工作效率。
研究内容
传感器模块将检测到的信息反馈给单片机控制模块,由单片机通过程序控制除尘模块进行一系列除尘动作,整个过程由电源模块进行供电。
电源模块
传感器模块
控制模块
除尘模块