一种太阳能组件保护清洁一体装置及其工作方法

技术领域

本发明属于新能源光伏发电应用领域，具体涉及一种太阳能组件保护清洁一体装置及其工作方法。

背景技术

自20世纪70年代全球爆发石油危机以来，太阳能光伏发电技术在引起了高度重视，光伏行业在全球迅速发展。光伏发电装机容量从2013年的135.76GW，快速增长到到2018年的480.36GW，短短5年时间，实现了3.5倍的增长。

由于光伏组建长期暴露在室外空旷环境中，受到极端天气的影响严重，其中以下雪和沙尘最为代表性。下雪后光伏组件上如果堆积有厚重积雪会影响光伏板吸收太阳辐射，降低发电量，积雪融化形成的雪水会破坏电池板，产生光伏发电系统故障。所以光伏组件上如果有厚重积雪是需要及时清洁的。光伏项目有时会在恶劣的沙尘环境下运行，加之光伏板表面有时无法及时打扫，导致有时候光伏板表面堆积有厚厚的一层灰尘，这些灰尘附在光伏板表面，使得透光率降低，对当前发电量受到影响，且酸碱性灰尘粘结在光伏板上还将腐蚀玻璃盖板，对光伏板会造成不可逆转的损害，长期降低光伏组件的转化效率。

现有清雪清灰常用方法还是采用人工除雪除灰的方式，该方式存在需要工人维护、工作环境恶劣、清洁效率慢，清洁不到位，清洁过程中损坏组件等风险。

发明内容

本发明一种用于太阳能组件保护清洁一体装置，该装置可以快速启动，保护光伏组件不受极端天气(雪、尘)的侵害，同时可高效实现组件表面除雪作用，无需人工现场操作、清洁效率高，并且不留死角。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于太阳能组件保护清洁一体装置，包括光伏发电本体系统、旋转升降遮挡系统、自动清洁系统和储能系统；其中，光伏发电本体系统用于将太阳能转化为电能，光伏发电本体系统的电能输出端连接储能系统的电能输入端；旋转升降遮挡系统安装在光伏发电本体系统上，自动清洁系统安装在旋转升降系统遮挡板的背面，用于清洁发电本体光伏组件表面杂物；储能系统为旋转升降遮挡系统和自动清洁系统中的电动设备提供电能；旋转升降遮挡系统包括旋转轴、可升降伸缩杆和遮挡板；旋转轴与光伏组件的金属边框侧边旋转连接，可升降伸缩杆与旋转轴连接，可升降伸缩杆的伸缩端和遮挡板连接。

光伏发电本体系统包括发电元件光伏组件、包裹固定发电元件光伏组件的金属边框、用于支撑发电元件光伏组件的支架与基础、传输光伏组件发出直流电能的直流线以及用于逆变及升压的逆变升压设备；金属边框设置在支架与基础上，光伏组件的输出端通过直流线连接逆变升压设备的输入端。

遮挡板的尺寸大小以及形状与光伏组件大小一致；遮挡板包括第一层遮挡板与第二层遮挡板，第一层遮挡板与第二层遮挡板上开设若干交错的通孔，两层遮挡板重合时，第一层遮挡板与第二层遮挡板上的通孔交错分布，并且第一层遮挡板与第二层遮挡板可滑动连接。

第一层遮挡板与第二层遮挡板之间设置双向转动电机，所述双向转动电机安装在第一层遮挡板内侧，双向转动电机的输出轴设置齿轮，第二层遮挡板上设置齿条，所述齿轮与齿条啮合。

自动清洁系统包括清洁海绵块和包裹海绵块的滑动固定框；滑动固定框安装在第二层遮挡板的背面，滑动固定框连接有往复平移机构。

往复平移机构包括电机和拉伸弹簧，拉伸弹簧的两端分别连接滑动固定框和可升降伸缩杆，电机的输出轴设置有缠绕绳，缠绕绳的一端连接电机的输出轴，另一端连接滑动固定框，遮挡板的两端均设置所述往复平移机构。

储能系统包括储能电池、继电器，继电器连接在逆变升压系统前的直流线路上，设置一条与储能电池的电力线路，继电器的控制信号输入端连接远程控制系统的输出端。

可升降伸缩杆的中部与旋转轴连接，可升降伸缩杆在往回缩时，能更容易使得遮挡板更靠近发电元件光伏组件的表面。

本发明所述太阳能组件保护清洁一体装置的工作方法，包括以下保护、清洁过程：

在遮挡保护阶段：当天气恶劣，需要启动该装置为光伏组件提供保护时，旋转升降遮挡系统的旋转轴电机转动，使旋转升降遮挡系统从起始位置，即发电元件光伏组件的背面，旋转到遮挡位置，即发电元件光伏组件正面，储能电池再带动可升降伸缩杆电机运行，使遮挡板下降至下限位置停止，即清洁海绵块与光伏组件表面接触，完成在发电元件光伏组件上设置一套遮挡系统；

在自动清洁阶段：通过控制储能电池给滑动固定框电机供电，使滑动固定框在往复平移机构的配合下，完成滑动固定框的往复运动，从而带动清洁海绵块移动，清洁海绵块与发电元件光伏组件接触，通过清洁海绵块往复运动，达到清洁光伏组件表面作用；

返回原位位置阶段：当清洁完毕后，可升降伸缩杆电机运行，使遮挡板上升至上限位置停止，最后通过储能系统提供电能使旋转升降遮挡系统的旋转轴电机转动，使旋转升降遮挡系统从遮挡位置返回至起始位置，完成遮挡保护与收回过程。

在自动清洁阶段中，若第一层遮挡板上遗留冰雪，当第二层遮挡板与第一层遮挡板发生相对运动，当第一层遮挡板和第二层遮挡板上的通孔重合时，则使其第一层遮挡板表面冰雪融化为水后流至背面，流至背面后进入到清洁海绵块中，再通过控制储能电池为滑动固定框的电机供电，使滑动固定框在拉伸弹簧的配合下，完成往复移动，从而带动清洁海绵块移动，在冰雪水辅助作用下完成清洁功能。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明实现了一种快速、高效的保护太阳能发电组件的装置，保证了光伏组件长时间不受恶劣天气的影响，同时可高效实现组件表面除雪除灰，免去人工现场检查清理维护，清洁效率高，并且不留死角，能显著减少更换次数，降低了维护成本，而且有助于实现整个清洁过程的自动化，进一步提高现场维护的及时性。

进一步的，本发明连同带有自动清洁功能，利用已有的雨雪资源，能实现废物利用，节省资源利用，降低运维成本。

本发明所述太阳能组件保护清洁一体装置工作时，能够实现对发电元件光伏组件进行保护和清洁，在需要阻挡灰尘和杂物时，遮挡板挡在发电元件光伏组件上方，需要清洁发电元件光伏组件表面时，遮挡板带着清洁海绵块下降至发电元件光伏组件表面并对其进行清洗，能保持发电元件光伏组件表面干净清洁，而且还能实现远程控制切换工作。

附图说明

图1是本发明装置整体结构侧面示意图。

图2是本发明装置俯视发电主体直流线路连接示意图。

图3是本发明装置两层遮挡板结构示意图。

1为光伏发电本体系统，2为旋转升降遮挡系统，3为自动清洁系统，4为储能系统，1-1为发电元件光伏组件，1-2为金属边框，1-3为支架与基础，1-4为直流线路，1-5为逆变升压设备，2-1为旋转轴，2-2为可升降伸缩杆，2-3为遮挡板，2-3-1为第一层遮挡板，2-3-2为第二层遮挡板，2-4为通孔，3-1为清洁海绵块，3-2为滑动固定框，3-3为拉伸弹簧，4-1为继电器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的整体结构与工作方式。

参照附图1，本发明设计一种用于太阳能组件保护清洁一体装置，包括光伏发电本体系统1、旋转升降遮挡系统2、自动清洁系统3和储能系统4；其中，光伏发电本体系统1用于将太阳能转化为电能，并网发电或为本发明装置提供动力电能；旋转升降遮挡系统2安装在光伏发电本体系统1上，工作时用于遮挡、阻碍沙尘、雨雪，降低恶劣气候对发电本体系统的影响。自动清洁系统3安装在旋转升降系统2遮挡板的靠近发电元件光伏组件1-1的一面，用于清洁发电本体光伏组件表面杂物，储能系统4将光伏电能进行存储，并对装置中电动设备提供电能。

参考图1，具体来说，光伏发电本体系统1包括发电元件光伏组件1-1、包裹固定发电元件光伏组件1-1的金属边框1-2、用于支撑光伏组件的支架与基础1-3、用于传输发电元件光伏组件1-1发出直流电能的直流线1-4以及用于逆变及升压的逆变升压设备1-5；金属边框1-2设置在支架与基础1-3上，传输发电元件光伏组件1-1的输出端通过流线1-4连接逆变升压设备1-5的输入端。

参考图1和图2，旋转升降遮挡系统2包含旋转轴2-1、可升降伸缩杆2-2和遮挡板2-3，旋转轴2-1安装在光伏组件的金属边框1-2侧边上，并与可升降伸缩杆2-2连接，可升降伸缩杆2-2的另一端和遮挡板2-3连接，遮挡板2-3的尺寸大小与发电元件光伏组件1-1大小一致。遮挡板2-3设置为上下两层，即第一层遮挡板2-3-1与第二层遮挡板2-3-2，第一层遮挡板2-3-1与第二层遮挡板2-3-2上均开设若干通孔2-4，第一层遮挡板2-3-1与第二层遮挡板2-3-2可滑动连接，当第二层遮挡板2-3-2移动，第一层遮挡板2-3-1与第二层遮挡板2-3-2重合时，使其表外层表面雪、冰化成水后流入背面，参考图3。

可升降伸缩杆2-2的中部与旋转轴2-1连接，可升降伸缩杆2-2在往回缩时，能更容易使得遮挡板2-3更靠近发电元件光伏组件1-1的表面。

第一层遮挡板2-3-1与第二层遮挡板2-3-2之间设置双向转动电机，所述双向转动电机安装在第一层遮挡板2-3-1上，双向转动电机的输出轴设置齿轮，第二层遮挡板2-3-2上设置齿条，所述齿轮与齿条啮合。

所述发电主体光伏组件1-1正面是指阳光照射的一面，发电主体光伏组件1-1的背面是指发电主体光伏组件1-1背光的一面。

所述往复平移机构包括电机和拉伸弹簧3-3，拉伸弹簧3-3的两端分别连接滑动固定框3-2和遮挡板2-3，电机的输出轴设置有缠绕绳，缠绕绳的一端接电机的输出轴，另一端连接滑动固定框3-2，电机启动后，缠绕绳在电机输出轴上缠绕拉动滑动固定框3-2平移，电机停止后，拉伸弹簧3-3拉动滑动固定框3-2反向平移，作为优选的，遮挡板2-3的两端均设置所述电机，储能系统4为所述电机提供电能，所述电机的控制信号输入端连接控制中心的输出端。

自动清洁系统3包含清洁海绵块3-1、海绵块的滑动固定框3-2及拉伸弹簧3-3，滑动固定框3-2安装在遮挡板2-3的背面，滑动固定框3-2和拉伸弹簧3-3相连接。通电后滑动固定框3-2在拉伸弹簧3-3的助力下，能往复运动；当可升降伸缩杆2-2压缩至下限时，清洁海绵块3-1接触到发电元件光伏组件1-1的表面，通过滑动固定框3-2来回运动，带动清洁海绵块3-1在光伏组件表面上运动，达到清洁光伏组件表面的作用。

可选的，可升降伸缩杆2-2采用电动伸缩杆。

储能系统4包含储能电池和继电器4-1，储能系统4为电动设备提供电能，所述电动设备包括可升降伸缩杆2-2、旋转轴2-1的电机、电动安装框3-2的电机。继电器4-1连接在逆变升压系统1-5前的直流1-4线路上，增加一条与储能电池的电力线路，所述继电器4-1的控制输入端还连接后台控制系统的输出端，能通过后台控制继电器4-1的工作切换状态，可随时切换电流输送线路，为储能电池充电，储能电池的输出端与电动设备的电能输入端相连，使各电动设备运动。

本发明的分为保护、清洁、返回阶段，具体过程为：

遮挡保护阶段：当天气恶劣，需要启动该装置为光伏组件提供保护时，旋转升降遮挡系统2的旋转轴2-1电机转动，使旋转升降遮挡系统2从起始位置，即发电主体光伏组件1-1的背面转到遮挡位置发电主体光伏组件1-1正面，可升降伸缩杆2-2电机运行，使遮挡板下降至下限位置停止，即清洁海绵块3-1与光伏组件表面轻微接触，实现在发电主体光伏组件1-1前面放置一套遮挡系统2，减少恶劣天气对光伏组件表面的直接侵害。

自动清洁阶段：当恶劣天气经过后，若遮挡板2-3遗留少许雨雪，通过控制储能电池给第二层遮挡板2-3-2电机供电使其运动，当两层遮挡板表面通孔2-4重合时，则使其第一层遮挡板2-3-1表面雪、冰化成水后流入背面。流入背面后进入到清洁海绵块3-1中，再通过控制储能电池给滑动固定框3-2电机供电，使滑动固定框3-2在拉伸弹簧3-3的配合下，完成上下来回运动，从而带动清洁海绵块3-1上下运动。由于清洁海绵块3-1刚好与发电元件光伏组件1-1轻微接触，通过其上下来回运动，达到清洁光伏组件表面的目的。

返回初始位置：当清洁完毕后，先通过控制储能电池给升降遮挡系统2的第二层遮挡板2-3-2电机供电使其运动让两层遮挡板表面通孔2-4关闭，再控制可升降伸缩杆2-2电机运行，使遮挡板上升至上限位置停止，即清洁海绵块3-1与光伏组件表面远离，最后通过控制储能电池让旋转升降遮挡系统2的旋转轴2-1电机转动，使旋转升降遮挡系统2从遮挡位置，即发电主体光伏组件1-1正面，返回至起始位置，即发电主体光伏组件1-1的背面，从而完成遮挡保护与收回过程。