高海拔荒漠地区太阳能电池板表面灰尘吸附与清洁机理研究

The deposited dust affects the photoelectric conversion efficiency seriously under the conditions of bad desert climate. It is essential to study the dust adhesive and cleaning mechanism for developing novel panel cleaning devices..The distribution of deposited dust on the panel is studied, and the composition and microstructure of dust samples are analyzed in this proposal. The impact of dust properties is investigated to analyze the photoelectric conversion efficiency quantitatively, and the photovoltaic fouling factor is calculated. The interactive force between the dust and solar panel surface is measured with the optical method. The mathematical model of dust particle is established to analyze the dust adhesive mechanism. The dust-destructive experiments are designed based on the soil cutting mechanics, and the finite element model is presented to simulate the dust destructive procedure with multiple mechanical actions. The dust cleaning devices are designed and manufactured, and the cleaning method and process are proposed for large-scale PV arrays..This research results of the proposal will be benefit for exploring the effective dust removal method for the solar panel in the high-altitude desert area. It can achieve the goals of both water saving and high efficiency. It can promote the sustainable development of photovoltaic industry, it has important theory value and practical significance. It has a board application prospect in sand desert and gobi areas.

荒漠地区恶劣气候环境下太阳能电池板表面积灰对光电转换效率影响尤为突出，研究灰尘粘附和清洁机理对探索新型电池板清洁设备及其工艺具有重要意义。.本项目深入研究电池板表面累积灰尘的分布规律，取样分析灰尘成分及微观结构，量化研究灰尘性质对电池板光电转化效率的影响，计算光伏积灰系数；基于光学法测量灰尘颗粒与电池板之间粘附作用力，建立电池板表面积灰颗粒的数学模型，分析灰尘粘附机理；基于土壤切削理论设计电池板表面灰尘破坏实验，建立灰尘破坏有限元模型，分析多种机械作用力的灰尘破坏效果；设计和试制灰尘清洁设备，提出电池板表面灰尘清洁方法和工艺。.本项目研究成果有利于探索适合高海拔荒漠地区太阳能电池板表面除尘的有效清洁方法，达到节水、高效的目的，对有效促进光伏产业可持续发展具有重要的理论价值和现实意义，在风沙较大的荒漠和戈壁地区有着广阔的应用前景。

太阳能资源作为一种绿色可再生能源得到广泛应用。随着光伏产业的应用与推广，提高光伏发电效率已成为一个重要问题。光伏电池板表面积灰是降低光伏发电效率的重要因素，灰尘或污垢大大降低电池板光电转换效率，进而可热斑效应导致电池板故障失效而使整个电池板阵列的发电效率降低。.本项目以荒漠地区光伏电站为实验基地，研究积灰在电池板表面的分布规律，分析电池板表面灰尘及荒漠地表沙尘样本的化学成分，进而研究灰尘性质对光伏转化效率的影响，计算光伏积灰系数。通过观察灰尘的微观结构和物理形态，测出灰尘颗粒大小、质量及水分含量，绘制灰尘颗粒级配曲线，分析灰尘的酸碱性，以找到适合的清洁剂，保证在保护光伏电池板表面的前提下，达到光伏电池板较好的清洁效果。在研究分析光伏电池板积灰灰尘的物理特性和化学特性的基础上，以建立电池板表面灰尘颗粒的数学模型，研究气象条件包括降水量、温度、大气压、湿度等对灰尘粘附和固结作用的影响。在此基础上，进一步研究光伏电池板灰尘清洁设备，找到光伏电池板清洁的最佳方法。.针对青海省格尔木地区的光伏电站，采集了太阳能电池板表面的灰尘颗粒样本，分析了灰尘颗粒成分以及粒径大小对积灰的影响，并结合粘附理论建立弹簧阻尼模型。通过分析得到，灰尘颗粒与太阳能电池板之间粘附接触力的取值为10e-9~10e-6N，以及粘附接触力随灰尘颗粒粒径的变化规律。通过在宏观力理论分析的基础上，假设灰尘颗粒为刚性小球，刷丝为柔性梁，分析推导出柔性梁与灰尘颗粒之间的力学模型。依据Elastica理论，推导出柔性梁形变与受力之间关系的超越方程，结合椭圆积分表计算柔性梁的受力情况，得到了灰尘颗粒对刷丝的正压力与刷丝末端偏转角、轴向位移、径向位移三者之间的关系，进而计算出刷丝对灰尘颗粒的清洁力。实验结果表明：刷子对太阳能电池板作用力以及清洁力大小均取决于刷丝直径和轴向位移，刷丝直径越大，清洁力越大；刷丝长度为20mm，轴向位移在14~18mm时，清洁力较大，清洁效果好。.研究结果为提高太阳能电池板的转化效率、优化灰尘的清理方法提供理论依据，有利于探索适合高海拔荒漠地区太阳能电池板表面除尘的有效清洁方法，达到节水、高效的目的，对有效促进光伏产业可持续发展具有重要的理论价值和现实意义，在风沙较大的荒漠和戈壁地区有着广阔的应用前景。