一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件及方法与流程

1.本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种针对光伏面板及定日镜等太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件及其使用方法。


背景技术：

2.常见的太阳接收组件主要为电池方阵式光伏面板和塔式太阳能光电系统用到的定日镜。电池方阵式光伏面板是固定在基座上，在有光照的情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生光伏效应，是以吸收光能为主要形式的太阳能利用方法；而塔式太阳能光电系统以多个配有跟踪机构的定日镜准确的将太阳光反射集中到一个吸热塔顶部的接收器上，是以反射光能为重要环节的太阳能利用方法。
3.由于光伏面板需要接收太阳能，必须在户外使用，表面容易被污染，尤其是固体颗粒的堆积，严重影响光伏面板的发电效率。因此需要及时对光伏面板表面进行清理，然后由于光伏面板表面作为接收太阳光的主体，清理时势必对光能利用造成影响，频繁的清洗也会对表面造成损耗，影响光伏面板的使用寿命。另外，在塔式太阳能发电系统中，定日镜作为聚光的重要组件，其表面清洁度也是能否最大效率利用太阳能的关键。因此，对光伏面板及定日镜等太阳能接收组件表面清洁度及时作出检测并进行清洁十分重要。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足，本发明提供了一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件及方法，针对光伏面板和定日镜等太阳能接收组件的表面清洁度进行智能检测，并根据检测的污染情况进行清理安排，减少对正常光能利用的影响，合理安排清洗的频率，避免因清洗损耗对太阳能接收组件的寿命造成影响。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件，包括如下组件：
7.平行光源，向太阳能接收组件表面发出平行光；
8.与平行光源对应的光电接收组件，接收由太阳能接收组件反射的光线并将光能转化为电信号；
9.驱动模块，为平行光源提供电源并调节光电接收组件位置；
10.检测模块，对光电接收组件的电信号进行对比辨别，并标识出太阳能接收组件表面清洁度；
11.通信模块，用于传输电信号；
12.平行光源的光线照射在太阳能接收组件表面，经太阳能接收组件反射的光线被光电接收组件接收并转化成电信号，并由通信模块传输给检测模块进行表面清洁度识别。
13.具体的，针对光伏面板，由于光伏面板是固定的，在光伏面板的一侧设置平行光源，包括光伏面板，所述驱动模块及通信模块设置在所述光伏面板底部，所述平行光源与所述光电接收组件分别设置在所述光伏面板相对的两侧，所述条状平行光源可旋转式设置在
伸缩式支架顶端，所述伸缩式支架固定在所述光伏面板一侧，所述条状平行光源设置有路径记录装置用于记录角度及高度；所述光电接收组件包括光电接收板，所述光电接收板设置在支撑柱上；所述驱动模块内置程序协调平行光源的运动，所述检测模块设置在中控室内。
14.另一方面，针对定日镜，由于定日镜本身是可以跟随太阳旋转的，保持反射光始终在吸热塔上，因此在吸热塔上设置平行光源和光电接收组件，使平行光源照射在在定日镜上，然后调整平行光源的和定日镜的角度，使反射光始终投射在光电接收组件上，光电接收组件将反射光转化成电信号，然后由通信模块传输给光电处理模块进行对比检测。
15.该检测组件使用时，包括如下步骤：
16.s1、安装并初始化，形成太阳能接收组件坐标对应的电信号的初始数据库；
17.s2、检测模块接收到检测指令，向驱动模块发出检测指令，驱动模块依据内置程序调节平行光源使光线从太阳能接收组件表面扫过，将接收的数据进行比对形成清洁度数据并上传至上位机；还可以输入太阳能接收组件表面坐标以确定具体位置的清洁度。
18.本发明利用光的反射对太阳能接收面板表面清洁度进行检测，测量数据准确，而且可以实现定量检测，稳定性高，重复性好，可以配合清洁装置使用适时对太阳能接收面板表面进行适时清理。
附图说明
19.图1为本发明一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件的基本原理示意图。
20.图2为本发明一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件第一实施例的结构示意图。
21.图3为本发明一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件第一实施例的调节时的光路示意图。
22.图4为本发明一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件第二实施例的结构示意图。
23.图5为本发明一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件第二实施例的光路原理示意图。
24.图6为本发明一种太阳能接收组件表面清洁度的智能检测组件第一实施例的极限位置的简化形式示意图。
25.附图标记如下：
26.1、平行光源；2、太阳能接收组件；3、光电接收面板；4、法线；5、驱动模块；6、伸缩式支架；7、光伏面板；8、转轴；9、光电接收板；10、支撑柱；11、定日镜；12、吸热塔；13、污染物。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.本发明的基本原理如图1所示，当平行光源1以一定角度照射在太阳能接收组件2表面时(记为l0)，一部分光被吸收(记为la)，另一部分被反射(记为lr)，在太阳能接收组件2没有污染的情况下，此时可记为理想情况，l0＝la+lr；而当太阳能接收组件2表面发生污染时，一部分光会被污染源吸收或者散热(记为is)，此时l0＝la+lr+ls，反射的光能lr＝l0-(la+ls)，由此可以看出，当表面污染增加时，损失的光能ls增加，反射的光能lr就会减少，太阳能接收组件2的表面清洁度与反射光能正相关，反射光能越弱，清洁度越低，只要检测出反射的光能，就可以得知表面清洁度。
32.常见的太阳接收组件主要为电池方阵式光伏面板7和塔式太阳能光电系统用到的定日镜11。电池方阵式光伏面板7是固定在基座上，在有光照的情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生光伏效应，是以吸收光能为主要形式的太阳能利用方法；而塔式太阳能光电系统以多个配有跟踪机构的定日镜11准确的将太阳光反射集中到一个吸热塔12顶部的接收器上，是以反射光能为重要环节的太阳能利用方法。
33.下面针对光伏面板7提出本发明的第一个实施例。
34.由于光伏面板7是固定的，位置和角度都无法变动，因此选择将平行光源1和光能接收器进行协调运动。
35.如图2所示，所述驱动模块5设置在所述光伏面板7底部，驱动模块5内设置有电源，所述平行光源1与所述光电接收组件分别设置在所述光伏面板7相对的两侧，所述条状平行光源1可旋转式设置在伸缩式支架6顶端，所述伸缩式支架6固定在所述光伏面板7一侧，可以选择跟光伏面板7固定连接在一起，也可以单独设置，但要保持与光伏面板7相对静止。伸缩式支架6采用气缸控制，便于调整平行光源1在光伏面板7垂直方向上的高度，伸缩式支架6上设置有滑动变阻装置记录条形光源的实时高度。条状平行光源1两端设置有转轴8，转轴8上设置有编码器记录实时角度，转轴8由带变速箱的电机控制，可以调整平行光源1的入射角度，电机和气缸均有驱动模块5控制。
36.所述光电接收组件包括光电接收板9，所述光电接收板滑动设置在支撑柱10上，光
电接收板上设置光敏元件将接收到的光信号转化成电信号，滑动设置的主要目的是为了保证能接收所有的反射信号，当光伏面板7较小时，可以直接设置一整块较大的光电接收板代替。
37.光电检测模块设置在中控室内，其主要部件为带记忆存贮功能的单片机。光电检测模块通过线路或无线通信模块与驱动模块5通信连接，驱动模块5内内置程序协调平行光源1和光电接收板的运动，并将变阻器和编码器的实时数据以及对应位置接收到的反射光信号书成组发送给光电检测模块，由于光的反射作用，每组数据所对应的光伏面板7的表面位置是唯一的，即法线4位置，如图3。图3中给出了两个位置的示意。
38.在使用时，整体安装完成后，先对光电检测模块的数据库进行初始化设置，初始化设置时保证光伏面板7表面是洁净的。光电检测模块对驱动模块5发出指令，调整平行光源1的高度(记为h)和角度(记为α)对光伏面板7表面进行依次投射扫描，光电接收板9将接收的反射光信号转化为电信号(记为i)，驱动模块5将每个位置的h和α及对应位置时的电信号i0发送给光电检测模块，并在单片机中存贮形成数据库，其中(h，α)记为光伏面板7对应位置的坐标。每个数据的间隔以条状光源的最小宽度(考虑斜向投射的分散作用)为准，尽量小于该宽度，防止漏检，这样数据库中存在至少n组数据，其中n＝光伏面板7在平行光源1和光电接收板9之间的宽度d/条状光源的最小宽度d，如图3。检测时，可以依次进行投射扫描，将(h，α)对应的电信号i与i0对比，即可得知对应位置的清洁度。为了便于复查，还可以直接输入(h，α)的具体数据，以针对具体位置进行检测。实际检测时，由于单片机运算能力有限，还可以设置上位机，上位机可以是电脑或其他带有显示器的人机互动终端，将数据显示在屏幕上以供查看。
39.为了防止太阳光等杂散光产生干扰，平行光源1采用功率3w，波长为450nm的蓝光led,同时在光电接收板前需要设置滤光片，一般采用450nm干涉带通滤光片，只保留450nm的蓝光波段。光电接收板9上采用波长范围为300-1000nm的光电二极管作为检测元件，将接收到的光信号转化为电信号，通过滤波电路滤除检测到的日光中的蓝光波段的信号。
40.由于光伏面板7以吸收光能为主要手段，反射光十分微弱，光电探测器接收的信号也十分微弱，因此还需要在光电接收板后接入放大电路将信号放大后再传输到单片机中。
41.本发明的第二个实施例针对塔式发电系统的定日镜设置。
42.由于定日镜11本身是可以跟随太阳旋转的，保持反射光始终在吸热塔12上，因此可以在吸热塔12上设置平行光源1和光电接收组件，使平行光源1照射在在定日镜11上，然后调整平行光源1的和定日镜11的角度，使反射光始终投射在光电接收组件上，如图4所示，光电接收组件将反射光转化成电信号，然后由通信模块传输给光电处理模块进行对比检测。
43.与第一个实施例相比较，本实施例中的控制模块中需要设置针对定日镜11和平行光源1协调运动的程序，并增加编码器结构，记录定日镜11实时角度和平行光源1实时角度坐标(β，α)，如图5所示，并与洁净的定日镜11的对应位置的反射光转化电流i在光电检测模块中形成数据库，便于比对。图5给出了两个极限位置(β1，α1)，(β2，α2)的光路图。
44.上述实施例中，为了减小误差，可以将光电检测模块上下滑动设置，以调节每次接收反射信号的位置相同，或者将光电检测模块每次接收光线的位置记录形成固定参数在初始化时存贮在数据库中；为了防止出现死角，平行光源1的需要设置的足够高，并与光电检
测模块的距离足够大，具体根据实际情况调整。
45.本发明的第一个实施例有一种极限位置的简化形式，该方式同样适用于第二实施例。
46.下面以第一实施例为例进行详细描述。
47.如图6所示，所述平行光源1和所述光电接收组件对称固定设置在所述光伏面板7两侧，所述平行光源1的发光面和所述光电接收组件的受光面相互平行且均与所述光伏面板7表面垂直，所述平行光源1的发光面和所述光电接收组件的受光面的最低点与所述光伏面板7表面在同一平面上。这种情况下，先记录光伏面板7洁净时的光电接收组件的电信号，当光伏面板7表面发生污染时，平行光源1底部的光线会产生散射和吸收作用，光电接收组件接收的电信号就会变弱，便可及时得知光伏面板7是否发生污染。为了便于理解，图6中对污染物13进行了放大处理，阴影部分代表光线被遮挡。
48.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内；不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
49.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。