一种光伏板静电除尘中颗粒荷电过程电荷来源检测方法

技术领域

本发明涉及光伏板除尘技术领域，具体涉及通过施加直流高压的金属板形成电场，颗粒在电场中荷电并被清除，通过静电除尘中灰尘颗粒的运动情况检测光伏板静电除尘中颗粒荷电过程电荷来源。

背景技术

太阳能是新能源中最经济、最清洁、最环保、最持续的理想能源，更高效、更充分、更合理地利用太阳能资源是实现“双碳”目标的重要助力。光伏发电作为利用太阳能的重要途径，具备低碳和零排放等特点，近年来迎来了新一轮的快速发展机遇。在近二十年的发展过程中，我国光伏产业在制造能力、产业链完善程度、市场规模及技术化水平等方面均取得了较优成绩。

积灰对光伏板的发电效率有着显著影响，光伏板的发电效率会随着积灰的增多而降低。从地理环境上来说，我国的大型光伏电站普遍建立在西北地区等干旱沙漠地区的日照充足的地区，上述地区风沙较大，而光伏组件长期露置户外，其玻璃表面会被空气中的微米、毫米级灰尘颗粒物覆盖，这对光伏发电是极为不利的。一方面，由于光伏板表面积灰的增多，首先将影响太阳光的入射，使得能够被光伏板吸收的光线被阻挡到光伏板外，从而无法进入光伏板内部同半导体材料进行光电转化；另一方面，积灰会吸收来自太阳光的热流，使得光伏板表面热量散失，造成光伏板温度过高，从而减低光伏板的发电效率，严重情况下会使得光伏组件局部过热造成损坏。

为突破现有除尘技术的研究瓶颈，满足光伏电站更绿色、更彻底、更高效除尘的需求，进一步提高太阳能光伏电站发电效率，减少能源负担，降低光伏发电总成本，近年来，因具有可控性强、效率高、人工成本低、水资源消耗量小等独特优势，光伏板的静电除尘技术得到了较大规模的研究。然而，在静电除尘过程中，往往存在着除尘效率变化大、除尘情况差异大等问题，上述问题的出现主要是颗粒荷电情况不同所导致。为进一步提升静电除尘效果，亟需开展光伏板静电除尘中颗粒荷电过程电荷来源的检测。

发明内容

本发明的目的是针对当前光伏板静电除尘中颗粒荷电过程电荷来源不明晰，从而导致除尘效果差异大的问题，提供一种新的颗粒荷电过程电荷来源检测方法。

为此目的，本发明提出施加直流高压的金属板形成电场，颗粒在电场中荷电并被清除，通过静电除尘中灰尘颗粒的运动情况分析光伏板静电除尘中颗粒荷电过程电荷来源的检测方法。金属板作为上电极，采用碳纳米管透明导电层作为表面材料的光伏板作为下电极，为进行对比实验，采用普通光伏玻璃作为表面材料的光伏板进行同样的实验。向金属板施加直流高压，观察光伏板表面颗粒运动及静电除尘情况，并基于此检测光伏板静电除尘中颗粒荷电过程电荷来源。

具体实施步骤如下。

(1)利用金属板作为上电极，金属板的型式为长方体，长方体长度、宽度与光伏板表面的长度、宽度保持一致，长方体的高度为1cm。

(2)采用表面构筑有碳纳米管透明导电层的玻璃作为光伏板表面的玻璃材料，静电除尘过程中作为下电极，碳纳米管透明导电层通过浸渍法构筑，为满足高透光率的要求，碳纳米管导电层厚度保持为6μm-10μm；

(3)为进行对比分析，仅将普通光伏玻璃作为光伏板表面材料，而不采用表面构筑有碳纳米管透明导电层的玻璃作为光伏板表面的玻璃材料，下述实验流程与构筑有碳纳米管透明导电层作为表面玻璃的光伏板相同；

(4)实验前，进行静电除尘实验平台搭建。其中，金属板在上，光伏板在下，金属板下表面与光伏板表面保持平行放置，金属板下表面与光伏板表面之间的距离保持为2cm且恒定不变；

(5)施加电压前，观察灰尘颗粒是否从光伏板表面起跳，随后向金属板施加10kV直流高压，在施加电压过程中，金属板与光伏板表面间形成电场，光伏板表面的灰尘颗粒在电场中发生荷电，观察两种光伏板表面灰尘颗粒的起跳及除尘情况并进行对比分析。

步骤(2)所述的碳纳米管透明导电层的构筑：首先，将碳纳米管导电墨水进行分散，使其保持高分散性，以便于浸渍过程中碳纳米管能均匀粘附于玻璃基底上，不出现团聚现象从而导致碳纳米管失效，进而出现导电性差等问题。随后，采用浸渍法在玻璃表面制备得到碳纳米管透明导电层。最后，将制备得到的表面为碳纳米管透明导电层的玻璃改造为光伏板表面材料。

步骤(4)所述的静电除尘实验平台搭建：光伏板通过支架放置于地面，金属板通过绝缘支架固定于地面，支架与光伏板连接处的角度可调，从而确保金属板下表面与光伏板表面保持平行；支架高度可调，从而确保金属板下表面与光伏板表面之间的距离恒定保持为2cm。

步骤(5)所述的除尘情况对比分析：除尘前，若灰尘颗粒不从光伏板表面起跳，则说明形成电场是灰尘颗粒发生荷电的必要条件。向金属板施加10kV直流高压后，金属板与光伏板之间形成电场，此时颗粒将发生荷电。

若采用表面构筑有碳纳米管透明导电层的光伏板表面的灰尘颗粒起跳，而采用普通光伏玻璃作为表面材料的光伏板表面的灰尘颗粒未起跳，则光伏板静电除尘中颗粒荷电过程的电荷来源于碳纳米管透明导电层。

若采用表面构筑有碳纳米管透明导电层的光伏板表面的灰尘颗粒大量起跳，而采用普通光伏玻璃作为表面材料的光伏板表面的灰尘颗粒少量起跳，则光伏板静电除尘中颗粒荷电过程的电荷来源于碳纳米管透明导电层、荷电区域的空气以及金属板，且碳纳米管透明导电层为荷电过程的主要电荷来源。

若采用表面构筑有碳纳米管透明导电层的光伏板表面的灰尘颗粒大量起跳，而采用普通光伏玻璃作为表面材料的光伏板表面的灰尘颗粒同样大量起跳，则光伏板静电除尘中颗粒荷电过程的电荷来源于碳纳米管透明导电层、荷电区域的空气以及金属板，三者共同作为荷电过程中主要的电荷来源。

附图说明

图1为本发明的实验平台示意图

图2为表面构筑有碳纳米管透明导电层的光伏板

图3为采用普通光伏玻璃作为表面材料的光伏板

图4为灰尘颗粒在光伏板表面的粘附情况

图5为灰尘颗粒在光伏板表面的起跳情况

图6为检测流程图

具体实施方式

本发明主要用于光伏板静电除尘中颗粒荷电过程电荷来源检测，具体的实施方式如下：

制备型式为长方体的金属板，长方体长度、宽度与光伏板表面的长度、宽度保持一致，长方体的高度为1cm。

将碳纳米管导电墨水在50℃环境中进行分散，分散时间为15min。随后，将玻璃在碳纳米管导电墨水中放置30s并提起，放入烘箱中在70℃的条件下干燥，玻璃表面构筑得到厚度为6μm-10μm的碳纳米管透明导电层，并将制备得到的表面为碳纳米管透明导电层的玻璃改造为光伏板表面材料，如图2所示。

将普通光伏玻璃作为表面材料的光伏板作为对照组，此种光伏板的尺寸与表面构筑有碳纳米管透明导电层的光伏板完全相同，如图3所示。

搭建静电除尘实验平台，如图1所示。光伏板通过高度、角度均可调的支架放置于地面，金属板通过支架固定于地面。调节支架与光伏板连接处的角度，使得金属板下表面与光伏板表面保持平行；调节支架高度，使得金属板下表面与光伏板表面之间的距离保持为2cm。

采用内蒙古库布奇沙漠140沙漠原沙模拟光伏板表面灰尘，灰尘颗粒在光伏板表面的粘附情况如图4所示。

施加电压前，观察灰尘颗粒是否从光伏板表面起跳，随后向金属板施加10kV直流高压，观察两种光伏板表面灰尘颗粒的起跳及除尘情况并进行对比分析。颗粒起跳情况如图5所示，分析流程如图6所示。

除尘前，灰尘颗粒不从光伏板表面起跳，说明形成电场是灰尘颗粒发生荷电的必要条件。向金属板施加10kV直流高压后，采用表面构筑有碳纳米管透明导电层的光伏板表面的灰尘颗粒大量起跳，而采用普通光伏玻璃作为表面材料的光伏板表面的灰尘颗粒少量起跳，说明光伏板静电除尘中颗粒荷电过程的电荷来源于碳纳米管透明导电层、荷电区域的空气以及金属板，且碳纳米管透明导电层为荷电过程的主要电荷来源。

检测方法兼具科学性和可实现性,且基于实验得出，具有可信度和普遍性。