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1、基于单片机的太阳能电池板除尘保护装置基于单片机的太阳能电池板除尘保护装置指导老师：指导老师：张明张明组员：组员：苏利花苏利花 陈彦享陈彦享 唐锐唐锐基于单片机的太阳能电池板除尘保护装置基于单片机的太阳能电池板除尘保护装置课题步骤课题步骤选题意义及依据选题意义及依据课题相关国内外研究现状课题相关国内外研究现状研究内容研究内容选择方案选择方案最终初步确定方案最终初步确定方案步骤步骤熟悉题目，分析题目要求熟悉题目，分析题目要求结合实际，考虑可操作性结合实际，考虑可操作性将题目细化，分为几个模块将题目细化，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
2、济性确定一种可行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，进查阅资料，了解每个模块所涉及到的元器件，进行设计行设计 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
3、光的吸收，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，也容易因影响电池的发电量，也容易因“热岛效应热岛效应”造成电池局部发热而损坏。造成电池局部发热而损坏。因因此，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要的。选题意义及依据选题意义及依据热热岛岛效效应应太太阳阳能能电电池池组组件件在在使使用用过过程程中中，如如果果有有一一片片太太阳阳能能电电池池单单独独被被遮遮挡挡，例例如如树树叶叶鸟鸟粪粪等等，单单独独被被遮遮挡挡的的太太阳阳能能电电池池在在强强烈烈阳阳光光照
4、照射射下下就就会会发发热热损损坏坏，于于是是整整个个太太阳阳能能电电池池组组件件损损坏坏。研究现状研究现状u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。u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。u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目前常用的地面光伏组件清洗方案l人工擦拭人工擦拭 l高压冲水清洁高压冲水清洁 当水经过加压
5、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。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。由于此种清洁由于此种清洁 效果彻底，机动性强效果彻底，机动性强，并且目前我国劳动力较为低廉，因，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。与我国提倡的产品量污水，污染环境。与我国提倡的产品“人性化人性化”和工程和工程“节能环保节能环保”的的理念背道而驰。理念背道而驰。l高压气流（吹尘清洁）高压气流（吹尘清洁）空气经过加压后，形成强大气流，将组
6、件表面灰尘吹走。此种清洁方式成空气经过加压后，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l毛刷清洁（防雨刷式）毛刷清洁（防雨刷式）主要靠半机械化的毛刷主要靠半机械化的毛刷,靠机械力将粉靠机械力将粉尘尘扫走扫走。此种。此种清洁方式自动化强清洁方式自动化强，节节省人力省人力，但在但在“清洁效果清洁效果”和和“杜绝污染杜绝污染”上都具有局限性上都具有局限性。除尘方案设计原则除尘方案设计原则1)除尘作业过程尽量不使用水或者清洗剂除尘作业过程尽量不使用水或者清洗剂 水或者清洗
7、剂除尘效果好，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但对于大规模的光伏系统或者离散布局的光伏系统而言，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。源。2)具有感知灰尘积累量的能力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。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、气象特征的能力具有感知昼夜
8、、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，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除尘机构中可转动部件尽可能少 光伏组件的期望寿命为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
9、提高，综合经济成本也随之提高。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，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。提高工作效率。研究内容研究内容 传传感感器器模模块块将将检检测测到到的的信信息息反反馈馈给给单单片片机机控控制制模模块块，由由单单片片机机通通过过程程序序控控制除尘
10、模块进行一系列除尘动作，整个过程由电源模块进行供电。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 方案方案1：仿汽车雨刷器：仿汽车雨刷器 除尘模块：仿照汽车前挡风玻璃雨刷器工作原理进行除尘模块：仿照汽车前挡风玻璃雨刷器工作原理进行光电互补控制器 传感器软件蓄电池充放电控制器单片机变速器电机控制器雨刷器连杆机构电源模块除尘模块传感器模块控制模块1.清洁过程需用到水或清洁剂，故需用到储水装置、喷水装置清洁过程需用到水或清洁剂，故需用到储水装置、喷水装置2.清洁力度较差，灰尘等杂质会留在刷子上造成二次污染，可利用清洁力度较差，灰尘等杂质会留在刷子
11、上造成二次污染，可利用率低。率低。3.清洁过程中的反复摩擦会对电池板表面造成一定损伤清洁过程中的反复摩擦会对电池板表面造成一定损伤4.简单的仿雨刷器操作无法清洁到整块面板简单的仿雨刷器操作无法清洁到整块面板缺点：缺点：方案方案2：高压水流：高压水流该系统通过传该系统通过传 输管道将高压水输送至喷射装置，再通过喷射装置输管道将高压水输送至喷射装置，再通过喷射装置形成高压水流，利用高压形成高压水流，利用高压 水流对太阳能电池板阵列表面覆盖的灰水流对太阳能电池板阵列表面覆盖的灰尘产生冲击和剪切的综合作用，进而实现除尘的效果。尘产生冲击和剪切的综合作用，进而实现除尘的效果。优缺点优缺点不会损坏太阳能电池板的表面不会损坏太阳能电池板的表面不会污染坏境不会污染坏境对于粘黏性大的污物可能难以除去对于粘黏性大的污物可能难以除去浪费水资源浪费水资源u 综合考虑各方面的因素以及可行性，决定选择方案一和方案二结合的方法达到除尘的目的以提高太阳能电池板的转换效率。u 系统主要包括太阳能电池板、除尘模块、控制模块、电源模块、传感器模块等部分，系统采用光电互补为整个电路提供电源。最终初步方案确定最终初步方案确定系统总体框架图系统总体框架图 光电互补控制器 传感器软件蓄电池充放电控制器单片机电源模块除尘模块传感器模块控制模块喷射装置运动装置控制阀步进电机电磁阀电机控制器