一种光伏电池板自动清除积雪装置和方法与流程

本申请涉及太阳能技术领域，具体是一种光伏电池板自动清除积雪装置和方法。

背景技术：

太阳能光伏发电已得到广泛应用，光伏电池板是太阳能光伏发电系统的核心部分。由于光伏电池板被长期放置在户外，天气因素极易影响其发电效率。尤其是在纬度较高的地区，例如我国北部，太阳能资源丰富，但冬季严寒漫长且降雪量大，积雪覆盖光伏电池板，影响了光伏电池对太阳能的吸收利用，导致光伏电池无法正常工作，同时增加光伏电池板的承重压力，影响光伏电池使用寿命，因此需及时清除光伏电池板上的积雪。目前清除光伏电池板上积雪的主要方式还是人工除雪(通常为人工配备高压水枪或清洗刷)，虽然操作简单，但是人力成本高、易损坏光伏组件且存在人身安全隐患。现有公开的技术还有机器人除雪和外置除雪工具等方法，都存在装置复杂、使用不灵活等弊端。

技术实现要素：

本申请的目的是针对现有技术的不足，提出一种光伏电池板自动清除积雪装置和方法。

本申请提供的一种光伏电池板自动清除积雪装置，包括加热装置、控制器、积雪厚度传感器和温度传感器，所述加热装置包括光伏电池板，所述积雪厚度传感器设置在所述光伏电池板的垂直方向上，用于检测光伏电池板上的积雪厚度，所述温度传感器设置在所述光伏电池板上，用于检测光伏电池板表面的温度，所述控制器与所述积雪厚度传感器和温度传感器连接，用于根据所述积雪厚度传感器的检测值和/或温度传感器的检测值确定工作状态，在第一工作状态下，所述控制器控制电力系统对所述光伏电池板传输电能，以使所述光伏电池板发热清除积雪，在第二工作状态下，所述控制器控制光伏电池板进行正常的光伏发电，对电力系统供应电能。

进一步地，所述加热装置还包括加热带，所述加热带设置在所述光伏电池板的边框背面，在第一工作状态下，所述控制器还控制电力系统对所述加热带传输电能，以使所述加热带发热清除积雪。

进一步地，所述电力系统包括直流电力系统和/或交流电力系统。

进一步地，所述直流电力系统为蓄电池，所述蓄电池分别连接光伏电池板、加热带以及控制器。

进一步地，其特征在于，所述交流电力系统通过整流逆变电路与加热装置连接，在第一工作状态下，所述控制器控制整流逆变电路逆向运行，作为整流器将所述交流电力系统的交流电转化为直流电后传输至加热装置，在第二工作状态下，所述控制器控制整流逆变电路正向运行，作为逆变器将所述光伏电池板的直流电转化为交流电后传输至交流电力系统。

进一步地，所述光伏电池板倾斜布置，所述光伏电池板与水平面的最小倾斜角度为θ，积雪与所述光伏电池板表面的摩擦系数为μ，且μ＝tanθ。

进一步地，所述第一工作状态的条件为积雪厚度传感器检测到光伏电池板上的积雪厚度高于3cm，所述第二工作状态的条件为积雪厚度传感器检测到光伏电池板上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器检测到光伏电池板的温度高于0℃。

本申请提供的一种光伏电池板自动清除积雪方法，采用光伏电池板自动清除积雪装置，所述方法包括以下步骤：

通过积雪厚度传感器检测光伏电池板上的积雪厚度，并通过温度传感器检测光伏电池板的温度；

根据所述积雪厚度传感器的检测值和/或温度传感器的检测值确定工作状态；

在第一工作状态下，所述控制器控制电力系统对所述光伏电池板和加热带传输电能，以使所述光伏电池板和加热带发热清除积雪，在第二工作状态下，所述控制器控制所述光伏电池板对电力系统传输电能，以进行正常的光伏发电。

进一步地，所述电力系统包括直流电力系统和/或交流电力系统；

其中，所述直流电力系统为蓄电池，所述蓄电池分别连接光伏电池板、加热带以及控制器；

所述交流电力系统通过整流逆变电路与光伏电池板和加热带连接，在第一工作状态下，所述控制器控制整流逆变电路逆向运行，作为整流器将所述交流电力系统的交流电转化为直流电后传输至加热装置，在第二工作状态下，所述控制器控制整流逆变电路正向运行，作为逆变器将所述光伏电池板的直流电转化为交流电后传输至交流电力系统。

进一步地，所述第一工作状态的条件为积雪厚度传感器检测到光伏电池板上的积雪厚度高于3cm，所述第二工作状态的条件为积雪厚度传感器检测到光伏电池板上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器检测到光伏电池板的温度高于0℃。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

1.本申请利用光伏电池板能将太阳能转换为电能的特性，不需要清除积雪时，在控制器控制所述光伏电池板对电力系统传输电能，可以进行正常的光伏发电，需要清除积雪时，在控制器控制下，电力系统对所述光伏电池板传输电能，以使所述光伏电池板发热清除积雪。采取光伏电池板提供电能用于自加热的除雪方法，装置简单，不需人工操作，实施成本较低。

2.本申请中将光伏电池板连接传感器，能够及时检测光伏电池板表面被积雪覆盖的情况，进行自动除雪，提高了太阳能光伏发电的效率，并节省人力成本，减少安全隐患。

3.本申请中的光伏电池板能通过自动加热融化积雪并使积雪从光伏电池板表面滑落，避免了人工或机械除雪会损坏光伏电池板的风险。

附图说明

图1为本申请所提供一种实施例中光伏电池板自动清除积雪装置的结构示意图；

图2为本申请所提供一种实施例中采用直流电力系统的光伏电池板自动清除积雪方法；

图3为本申请所提供一种实施例中采用交流电力系统的光伏电池板自动清除积雪方法；

主要元件标号说明：加热装置1，光伏电池板11，加热带12，积雪厚度传感器2，温度传感器3，控制器4，蓄电池5，逆变器6，交流电力系统7

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员再没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请的一种实施例中提供了一种光伏电池板自动清除积雪装置，包括加热装置1、积雪厚度传感器2、温度传感器3和控制器4，所述加热装置1包括光伏电池板11，所述积雪厚度传感器2设置在所述光伏电池板11的垂直方向上，用于检测光伏电池板11上的积雪厚度，所述温度传感器3设置在所述光伏电池板11上，用于检测光伏电池板11的温度，所述控制器4与所述积雪厚度传感器2和温度传感器3连接，用于根据所述积雪厚度传感器2的检测值和/或温度传感器3的检测值确定工作状态。

根据所述积雪厚度传感器2的检测值和/或温度传感器3的检测值，电力系统和光伏电池板11处于两种工作状态，在第一工作状态下，所述控制器4控制电力系统对所述光伏电池板11传输电能，以使所述光伏电池板11发热清除积雪，在第二工作状态下，所述控制器4控制所述光伏电池板11对电力系统传输电能，以进行正常的光伏发电。

所述加热装置1还包括加热带12，所述加热带12设置在所述光伏电池板11的边框底部。由于光伏电池板11的边框多为铝合金边框，内部无电池片发热，在光伏电池板11发热除雪时，光伏电池板11边框上的积雪容易冻住且黏附在边框上，加大了光伏电池板11上整个积雪层滑落的阻力，使得除雪难度加大。因此，在光伏电池板11的边框底部设置加热带12，加热带12与光伏电池板11并联，因此，在第一工作状态下，所述控制器4控制电力系统同时向光伏电池板11和加热带12传输电能，对光伏电池板11以及光伏电池板11的边框加热，可以加快积雪滑落。

所述第一工作状态的条件为积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度高于3cm，所述第二工作状态的条件为积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器3检测到光伏电池板11的温度高于0℃。

所述电力系统包括直流电力系统和/或交流电力系统。

因为光伏电池板11可以将太阳能转化为电能，在光伏电池板11上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器3检测到光伏电池板11的温度高于0℃时，光伏电池板11处于正常的工作状态，光伏电池板11为电力系统提供直流电，为蓄电池5充电，此时的电力系统为直流电力系统。所述直流电力系统为蓄电池5，所述蓄电池5分别连接光伏电池板11、加热带12以及控制器4。

当积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度高于3cm，满足自动除雪条件，蓄电池5和光伏电池板11处于第一工作状态，控制器4发出信号，使蓄电池5放电为太阳能电池板11和加热带12供电，用于加热光伏电池板11和加热带12，开始除雪；

当光伏电池板11上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器3检测到光伏电池板11的温度高于0℃时，不满足自动除雪条件，蓄电池5和光伏电池板11处于第二工作状态，在控制器4的控制下，光伏电池板11进行正常的光伏发电工作，将太阳能转化为电能，为蓄电池5充电。

光伏电池板11为电力系统提供直流电，交流电力系统7需要将光伏电池板11产生的直流电转化为交流电来提供给用户使用。交流电力系统7可以是各类交流电网。交流电力系统7通过整流逆变电路与光伏电池板11和加热带12连接。

当积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度高于3cm，满足自动除雪条件，交流电力系统7处于第一工作状态，所述控制器4控制整流逆变电路逆向运行，作为整流器将所述交流电力系统7的交流电转化为直流电后传输至光伏电池板11和加热带12，加热光伏电池板11和加热带12，开始自动除雪；

当积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器3检测到光伏电池板11的温度高于0℃时，不满足自动除雪条件，逆变器6和交流电力系统7处于第二工作状态，所述控制器4控制整流逆变电路正向运行，作为逆变器6将所述光伏电池板11的直流电转化为交流电后传输至交流电力系统7。

所述光伏电池板11相对于水平面倾斜布置，所述光伏电池板11与水平面的最小倾斜角度为θ，积雪与所述光伏电池板11表面的摩擦系数为μ，且μ＝tanθ。

光伏电池板11自动清除积雪的方法，采用所述光伏电池板11自动清除积雪装置，使光伏电池板11表面温度升高，自动去除光伏电池板11上的积雪。由于电力系统包括直流电力系统和/或交流电力系统，因此以两种实施例来讲述光伏电池板11自动清除积雪的方法。

实施例一：

所述积雪厚度传感器2设置在所述光伏电池板11的垂直方向上，用于检测光伏电池板11上的积雪厚度，所述温度传感器3设置在所述光伏电池板11上，用于检测光伏电池板11的温度，所述控制器4与所述积雪厚度传感器2和温度传感器3连接，用于根据所述积雪厚度传感器2的检测值和/或温度传感器3的检测值确定工作状态。所述直流电力系统为蓄电池5，所述蓄电池5分别连接光伏电池板11、加热带12以及控制器4。

直流电力系统供电情况下，光伏电池板11自动清除积雪的方法包括以下步骤：

通过积雪厚度传感器2检测光伏电池板11上的积雪厚度，并通过温度传感器3检测光伏电池板11的温度；

根据所述积雪厚度传感器2的检测值和/或温度传感器3的检测值确定工作状态；

所述第一工作状态的条件为积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度高于3cm，所述第二工作状态的条件为积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器3检测到光伏电池板11的温度高于0℃。

在第一工作状态下，所述控制器4发出信号，控制蓄电池5对所述光伏电池板11传输电能，以使所述光伏电池板11发热清除积雪；在第二工作状态下，所述控制器4控制所述光伏电池板11对蓄电池5传输电能，以进行正常的光伏发电。

实施例二：

所述积雪厚度传感器2设置在所述光伏电池板11的垂直方向上，用于检测光伏电池板11上的积雪厚度，所述温度传感器3设置在所述光伏电池板11上，用于检测光伏电池板11的温度，所述控制器4与所述积雪厚度传感器2和温度传感器3连接，用于根据所述积雪厚度传感器2的检测值和/或温度传感器3的检测值确定工作状态。交流电力系统7可以是各类交流电网。交流电力系统7供电情况下，所述交流电力系统7通过整流逆变电路与光伏电池板11和加热带12连接。

交流电力系统7供电情况下，光伏电池板11自动清除积雪的方法包括以下步骤：

通过积雪厚度传感器2检测光伏电池板11上的积雪厚度，并通过温度传感器3检测光伏电池板11的温度；

根据所述积雪厚度传感器2的检测值和/或温度传感器3的检测值确定工作状态；

所述第一工作状态的条件为积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度高于3cm，所述第二工作状态的条件为积雪厚度传感器2检测到光伏电池板11上的积雪厚度低于3cm，且温度传感器3检测到光伏电池板11的温度高于0℃。

在第一工作状态下，所述控制器4控制整流逆变电路逆向运行，作为整流器将所述交流电力系统的交流电转化为直流电后传输至光伏电池板11和加热带12，清除光伏电池板11上的积雪；在第二工作状态下，所述控制器4控制整流逆变电路正向运行，作为逆变器6将所述光伏电池板11的直流电转化为交流电后传输至交流电力系统7，为交流电力系统7供电。

本申请中光伏电池板11的工作原理：根据光伏电池内部p-n结的结构特性，光伏电池既可以作为发电装置(电源)，也可以作为负载。当为光伏电池外加一定的正向电压时，电池内部可形成稳定的单向导通电流，此时光伏电池相当于“负载”，由于p-n结的能级差，以及半导体区电阻的存在，当电子通过时会在光伏组件内部的半导体区域内产生热量，从而使光伏电池板表面温度升高。当光伏电池板上的积雪厚度达到预设的最小除雪厚度时，满足自动除雪条件，利用光伏电池的这种“负载”特性，对其外加一定的正向电压，使光伏电池板表面温度升高导致积雪底部融化。在光伏电池板11与积雪层的交界面，加热融化形成的雪水具有润滑作用，促使整个积雪层从按一定倾斜角度放置的光伏电池板11上滑落下来，从而达到除雪的目的。

以上结合附图实施例对本申请进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本申请做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本申请的限定，本申请将以所附权利要求书界定的范围作为本申请的保护范围。