荒漠光伏太阳能电池板表面灰尘作用机理及其清洁方法研究

摘要

随着光伏产业的蓬勃发展，光伏电站的后期维护和提高光伏发电效率的问题逐渐成为人们关注当日焦点。在风沙较大的荒漠地区，电池板表面积灰已成为影响光伏电站平稳、高效运行的主要因素之一。在荒漠地区，清洁电池板表面的积灰已成为光伏电站后期维护的主要工作。本文针对如何有效清洁电池板积灰的问题，根据灰尘自身成分、形貌和粒径等特性，提出了灰尘颗粒粘附模型来解释电池板积灰的成因；同时在研究了灰尘对光伏发电影响的基础上，自制清洁装置一套进行灰尘清洁实验研究。
　　为明确灰尘对光发电的影响，以格尔木和共和荒漠地区为例，对光伏电池板表面灰尘及电站地表细沙土成分进行检测，二者成分十分接近；显微观察灰尘形貌多为球形颗粒；测定灰尘粒径多为微米级（灰尘粒径 D=0.356～126.192μm；地表细沙D=0.283～158.866μm），由此可知电池板表面灰尘来源于地表。对光伏发电数据采集，通过负载电流、电压得出积灰量电池板发电量的关系：电池板表面积灰量一般在1～8g/m2之间，发电效率一般会降低5％～25%；随着积灰量的增多，电池板发电效率会明显下降，并呈近似的指数变化。
　　在分析表面粘附能量的基础上，假设接触不变形条件下，依据宏观分子间作用理论分析提出了电池板表面灰尘颗粒粘附受力模型。结合荒漠地区电池板表面灰尘主要成分和粒径，给出了灰尘受力参数；计算了灰尘颗粒所受的范德华力、静电力及重力，给出由参数改变引起的灰尘受力的变化规律。灰尘在电池板表面的粘附力随灰尘颗粒半径的增大而增大，其取值范围为10-10～10-8 N；得出当灰尘颗粒半径较小时，颗粒与电池板间的主要粘附力为范德华力，当灰尘颗粒半径较大时，重力则成为主导粘附力。
　　由灰尘特性和灰尘粘附受力以及荒漠地区自然条件，确定以机械擦除并加入少量水的清洁方法开展清洁实验。通过改变擦除压力、擦除速度、擦除方式和擦除次数等主要擦除参数，得到了灰尘物理擦除如下结论：在一定范围内（0-250N），擦除压力越大，灰尘擦除效果越好；擦除速度对灰尘擦除效果影响不大；一定擦除压力下，二次和三次擦除擦除效果明显，但不需要进行更多次的擦除。根据荒漠地区电池板水清洁后仍有污垢的现象，分析清洁灰尘时所用地下水的成分及特性，再结合灰尘自身特性，探索加入化学试剂的清洁方案。水清洁时加入阴离子型表面活性剂，合理配比，令水呈偏酸性，可达到较好的清洁效果。
　　对太阳能电池板表面灰尘的作用机理和清洁实验的研究，将为光伏产业大面积电池板的后期清洁维护提供理论依据，提高光伏产业效益。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本论文研究的主要内容和技术路线

1.4 文章章节安排

第二章 灰尘特性对光伏发电的影响

2.1 灰尘成因

2.2 灰尘自身特性分析

2.3 灰尘对光伏发电的影响

2.4 本章小结

第三章 灰尘颗粒粘附力学建模

3.1 尘粘附的能量角度分析

3.2 灰尘在电池板上的宏观分子受力

3.3 灰尘在电池板间的静电作用力

3.4 灰尘颗粒重力及合力作用

3.5 模型的合理性分析

3.6 本章小结

第四章 电池板表面灰尘清洁实验

4.1 荒漠电池板清洁周期

4.2 灰尘清洁理论分析

4.3 物理除尘实验

4.4 清洁试剂除尘实验

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 全文结论

5.2 未来工作展望

参考文献

致谢

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