一种低成本且具有智能清洗功能的光伏系统的制作方法

本发明涉及光伏技术领域，具体地说是一种低成本且具有智能清洗功能的光伏系统。

背景技术：

太阳能光伏发电作为一种即清洁又环保的可再生能源，是当今世界日益关注的热点之一，近年来，国内外都在大力推广太阳能光伏发电，积极进行光伏电站的建设。然而，受材料科学等技术发展限制，光伏组件的转换效率还处于较低水平，一般条件下不会超过17%，且在发电时外界环境还会对其转换效率造成较大的不利影响，如光伏组件表面灰尘覆盖。由于光伏组件需要直接接受阳光照射，而大规模光伏电站主要位于内陆干燥少水地区，空气中的大量灰尘覆盖，一方面会遮挡太阳光线对组件的照射，减少了投射到光伏电池表面的太阳辐射量，从而使光伏组件发电量下降；另一方面会引起热斑效应，不仅造成发电量损失，影响组件的寿命，同时还可能造成安全隐患。

为减少灰尘对光伏组件的不利影响，现有技术主要采用定期对光伏组件进行清洗，较湿润地区的清洗频率一般为2～3月一次，西北等较干燥地区清洗频率一般15～30天一次。目前光伏组件清洗方式主要有人工擦洗、高压水枪清洗、喷淋清洗、专业设备清洗和片上机器人清洗等，每种清洗方式都有各种的优缺点，目前缺少成本低且清洁效果较好的清洗方式。人力擦洗是指工人手动擦洗光伏组件，优点是用水量低和擦洗干净，缺点是清洗效率低、清洗周期长和人力成本高；高压水枪清洗是指工人利用高压水枪冲洗光伏组件，优点是清洗效率高，缺点是用水量大、清洗效果较好、会造成光伏组件出现裂纹和山地电站无法应用；喷淋清洗是指利用安装在光伏组件上部的喷淋设备来清洗光伏组件，优点是不需人工和清洗效率高，缺点是清洗效果一般和用水量大，专业设备清洗是指采用专业清洗车设备依次对光伏组件进行清洗，优点是用水量小、清洗速度快和清洗效果好，缺点是清洗成本高、只适合平地使用和需要专业人员操作，片上机器人清洗是指利用一些小型的安装在光伏组件上的爬壁式智能清洁设备清洗光伏组件，优点是清洗效果好、用水量少和无需人工，缺点是只能清洗一块光伏板，不能从一块太阳能板自动换到另一块太阳能板上进行清洁，难以大量投入使用，应用成本较高。此外，目前现有技术对光伏组件的清洗周期大多根据经验进行判断，清洗频率过低将影响光伏转换效率，清洗频率过高又将造成水资源浪费，提高发电系统运行成本。

为解决上述技术问题，专利号201711166079.5，名称为“一种光伏板表面灰尘清洗控制方法和装置”的发明专利提供了及一种光伏板表面灰尘清洗控制技术，通过采集光伏板表面积聚不同天数的灰尘后光伏板产生的日发电量信息，可以获得一个基础数据库，在确定电价等经济性因素后，可根据基础数据库确定光伏板的经济电费损失，并在清洗成本确定的前提下确定最佳清洗间隔时间，该专利技术虽然可以较好地确定光伏板的最佳清洗间隔时间，但应用时需建立当地的基础数据库，需在连续若干天进行测试，测试时受天气和环境影响影响较大，建立数据库的成本太高，只适合特定地点的大规模的光伏电站使用。

专利号201310724490.5，名称为“一种光伏组件自动清洗系统”的发明专利提供了光伏组件自动清洗技术，根据光伏组件的环境参数进行分析计算得到污浊物累积值，在污浊物累积值大于预设累积值的情况下，生成清理污浊物的清洗控制信号。该专利技术虽然实现了光伏组件的自动清洗，节省了大量的人力物力，但一方面并未对如何根据环境参数和污浊物累积的统计算法确定各种环境因素累积下所产生的污浊物累积值进行详细说明，另一方面由于不同地区不同天气的环境参数各不相同，在各种环境下计算确定的污浊物累积值误差较大，会使光伏组件清洗时出现较大偏差。

目前，现有技术还缺乏成本较低、清洗效果较好和灰尘累积判断较为准确的光伏板清洗技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种低成本且具有智能清洗功能的光伏系统，通过在光伏板一侧平行安装清洁的第一透光玻璃和与光伏板灰尘累积相同的第二透光玻璃，并根据第一透光玻璃背面的照度值和第二透光玻璃背面的照度值来控制光伏板的清洗，同时，对光伏板在喷淋清洗后未清洁的灰尘，采用阶段损失发电量指标来判断是否发送提醒信息至光伏系统管理者手机，使光伏板的清洗频率更加合理，进一步降低了光伏系统的运行成本。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种低成本且具有智能清洗功能的光伏系统，包括多块装有第一喷淋系统的光伏板和控制装置，所述第一喷淋系统包括安装在光伏板上部的第一喷淋装置、第一进水管和安装在第一进水管上的第一控制阀，所述控制装置与第一控制阀连接，所述第一进水管的出水口与第一喷淋装置的进水口连通，所述光伏系统还包括平行安装在任一光伏板一侧的第一透光玻璃系统和第二透光玻璃系统，所述第一透光玻璃系统包括第一透光玻璃、安装在第一透光玻璃上的光伏清洗机器人和设置在第一透光玻璃背面的第一照度传感器，所述第二透光玻璃系统包括第二透光玻璃、安装在第二透光玻璃上部的第二喷淋装置、第二进水管、第二控制阀和设置在第二透光玻璃背面的第二照度传感器，所述控制装置分别与光伏清洗机器人、第一控制阀、第二控制阀、第一照度传感器和第二照度传感器连接，用于在预设时间段内控制光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃，还用于在光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃完成时根据第一照度传感器检测的照度值和第二照度传感器检测的照度值来分别控制第一控制阀和第二控制阀的工作。

进一步地，所述控制装置包括第一控制模块、第一比较模块、第二控制模块和第三控制模块，

所述第一控制模块用于在预设时间段内控制光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃，

所述第一比较模块用于在光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃完成时，将第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值和预设比值进行比较；

所述第二控制模块用于在第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值小于预设比值时，控制第一控制阀和第二控制阀均打开第一预设时间使第一喷淋装置清洗光伏板和使第二喷淋装置清洗第二透光玻璃；

所述第三控制模块用于在第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值大于或等于预设比值时，控制第一控制阀和第二控制阀均不工作。

进一步地，所述第一透光玻璃系统还包括安装在第一透光玻璃背面且位于第一照度传感器一侧的第一遮光箱，所述第一照度传感器位于在第一遮光箱内，所述第二透光系统还包括安装在第二透光玻璃背面且位于第二照度传感器一侧的第二遮光箱，所述第二照度传感器位于在第二遮光箱内。

进一步地，所述光伏板包括透光玻璃，所述第一透光玻璃和第二透光玻璃的结构、尺寸、透光性能完全相同，所述第二透光玻璃采用与透光玻璃相同的材料。

进一步地，所述第一喷淋装置的喷水量与第二喷淋装置的喷水量的比值等于光伏板的长度与第二透光玻璃的长度的比值。

进一步地，所述低成本且具有智能清洗功能的光伏系统还包括gsm模块和提醒装置，所述提醒装置分别与控制装置、gsm模块连接，所述gsm模块用于发送提醒信息至光伏系统管理者手机，所述控制装置还用于在控制第一控制阀或第二控制阀刚打开时发送清洗信号和清洗日期至提醒装置，所述提醒装置包括发电量获取模块、接收模块、发电量累加模块、第一检测模块、第二检测模块、计算模块和第二比较模块；

所述发电量获取模块用于获取和存储光伏系统每天的日发电量；

所述接收模块用于接收和存储控制装置每次发送的清洗信号和清洗日期，其中，当控制装置第一次发送清洗信号时，将光伏系统刚使用时的日期记为前一次清洗日期；

所述发电量累加模块用于在控制装置每次发送清洗信号和清洗日期时累加光伏系统在前一次清洗日期至当前清洗日期之间的日发电量，并将累加的发电量记为阶段发电量；

所述第一检测模块用于在光伏系统刚使用时获取第一照度传感器检测的照度值与第二照度传感器检测的照度值，并将第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值记为最大比值；

所述第二检测模块用于在光伏系统当前清洗完毕时获取第一照度传感器检测的照度值与第二照度传感器检测的照度值，并将第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值记为当前比值；

所述计算模块用于将最大比值与当前比值的差值乘以阶段发电量得出阶段损失发电量；

所述第二比较模块用于将判断所述阶段损失发电量是否大于预设损失发电量，若是，则发送提醒信息至光伏系统管理者手机，若否，则不发送提醒信息至光伏系统管理者手机。

本发明的有益效果是：

（1）通过在光伏板一侧平行安装第一透光玻璃和第二透光玻璃，通过光伏清洗机器人使透光玻璃保持清洁，并根据与光伏板灰尘覆盖程度相同的第二透光玻璃背面的照度值与第一透光玻璃背面的照度值来判断第二透光玻璃和光伏板是否需要清洗，无需采集表面积聚不同天数的灰尘后光伏板产生的日发电量信息和建立基础数据库，结构简单，成本较低，适用于各种规模的光伏系统，使光伏系统的清洗频率更加合理，进一步降低了光伏系统的运行成本；

（2）针对光伏板在喷淋清洗存在部分灰尘长期清除的问题，根据光伏系统每次喷淋清洗后第二透光玻璃背面的照度值与第一透光玻璃背面的照度值的比值和光伏系统前后两次清洗日之间的阶段发电量来计算阶段损失发电量，并将阶段损失发电量和与光伏板彻底清洗成本相对应的预设阶段发电量进行比较来判断是否发送提醒信息至光伏系统管理者手机，光伏系统管理者在收到提醒信息后可及时准备光伏板彻底清洗工作，通过光伏发电经济效益与光伏板彻底清洗成本对比使光伏系统的经济效益进一步提高。

附图说明

图1为低成本且具有智能清洗功能的光伏系统的俯视结构示意图。

图2为光伏板的侧视结构示意图。

图3为第一透光玻璃系统的侧视结构示意图。

图4为第二透光玻璃系统的结构示意图。

图5为供水装置的结构示意图。

图6为控制装置与各部件的连接意图。

附图标记说明：1-第一喷淋装置，2-第一进水管，3-第一控制阀，4-第一透光玻璃系统，5-第一透光玻璃，6-光伏清洗机器人，7-第二喷淋装置，8-第二进水管，9-第二控制阀，10-第二透光玻璃，11-第二透光玻璃系统，12-光伏板，13-第一照度传感器，14-第一遮光箱，15-第二照度传感器，16-第二遮光箱，17-供水管，18-水箱，19-水泵。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细阐述。

参见图1至图6，本实施例提供了一种低成本且具有智能清洗功能的光伏系统，包括多块装有第一喷淋系统的光伏板12和控制装置，所述第一喷淋系统包括安装在光伏板上部的第一喷淋装置1、第一进水管2和安装在第一进水管上的第一控制阀3，所述第一喷淋装置1可以是设有喷水缝的喷水管，也可以是设有多个喷嘴的喷水管，所述喷水缝和喷嘴均朝向光伏板，所述控制装置与第一控制阀连接，用于控制第一控制阀的工作，所述第一进水管2的出水口与第一喷淋装置的进水口连通，进水口可连通现有技术中的自来水管出水口，所述自来水管中具有较高水压的自来水，如高层建筑中已具有较高水压的自来水管出水口，也可连通供水装置，如供水装置为设有水泵的水箱，如图5所示，第一进水管的进水口通过水管与供水管17的出口连通，供水管的进水口与水泵连通或供水管上设有水泵，其中，水泵为带有压力传感器的水泵，在供水管或第一进水管的水压过大时自动断电关闭，水压过小时自动通电打开，即控制装置只需控制第一控制阀的工作就可控制供水装置是否供水。

所述光伏系统还包括平行安装在任一光伏板一侧的第一透光玻璃系统4和第二透光玻璃系统11，所述第一透光玻璃系统4包括第一透光玻璃5、安装在第一透光玻璃上的光伏清洗机器人6和设置在第一透光玻璃背面的第一照度传感器13，所述光伏清洗机器人6只用于清洗第一透光玻璃，可采用现有技术中成本相对较低的清洗机器人，所述第一照度传感器13最好采用透光的eva胶粘结安装在第一透光玻璃背面，且朝向第一透光玻璃，用于检测太阳光透过第一透光玻璃后的照度，即第一透光玻璃背面的照度。

所述第二透光玻璃系统11包括第二透光玻璃10、安装在第二透光玻璃上部的第二喷淋装置7、第二进水管8、第二控制阀9和设置在第二透光玻璃背面的第二照度传感器15，所述第一透光玻璃10与第二透光玻璃5平行布置，所述第二喷淋装置7最好采用与第一喷淋装置相同的结构，所述第二进水管8的出水口与第二喷淋装置连通，进水口可连通自来水管出水口，也可连通供水装置，选用时最好采用与第一进水管相同的进水方式，所述第二照度传感器15最好采用透光的eva胶粘结安装在第二透光玻璃背面，且朝向第二透光玻璃，用于检测太阳光透过第二透光玻璃后的照度，即第二透光玻璃背面的照度。

所述控制装置分别与光伏清洗机器人、第一控制阀、第二控制阀、第一照度传感器和第二照度传感器连接，用于在预设时间段内控制光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃，还用于在光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃完成时根据第一照度传感器检测的照度值和第二照度传感器检测的照度值来分别控制第一控制阀和第二控制阀的工作。

具体地，所述控制装置包括第一控制模块、第一比较模块、第二控制模块和第三控制模块。

所述第一控制模块用于在预设时间段内控制光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃，所述预设时间段为每天的某一时间段，如每天9:00～9:30，光伏清洗机器人在每天9:00～9:30时间段内清洗第一透光玻璃使其几乎完全清洁，清洁后的第一透光玻璃透光率最大，可作为判断第二透光玻璃灰尘累积程度的对比玻璃使用。

所述第一比较模块用于在光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃完成时将第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值和预设比值进行比较，其中，由于光伏清洗机器人每天定时清洗，光伏清洗机器人清洗第一透光玻璃完成时即为所述预设时间段的末尾时间点，所述第二照度传感器检测的照度值即为太阳光透过第二透光玻璃后的照度或第二透光玻璃背面的照度，所述第一照度传感器检测的照度值即为太阳光透过第一透光玻璃后的照度或第一透光玻璃背面的照度，所述预设比值最好为0.8～0.9。

所述第二控制模块用于在第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值小于预设比值时，控制第一控制阀和第二控制阀均打开第一预设时间使第一喷淋装置清洗光伏板和使第二喷淋装置清洗第二透光玻璃。

所述第三控制模块用于在第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值大于或等于预设比值时，控制第一控制阀和第二控制阀均不工作。

具体地，由于第一透光玻璃采用光伏清洗机器人清洗干净，且第二透光玻璃和光伏板表面灰尘累积程度相同，在相同太阳光照度下，第一照度传感器检测的照度值不会变化，第二透光玻璃灰尘累积越多，第二照度传感器检测的照度值会越小，第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值也会越小，利用这一原理，本实施例中根据第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值和预设比值来控制第一控制阀和第一控制阀的工作，

当第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值小于预设比值时，说明光伏板和第二透光玻璃表面灰尘累积较多，应打开相应的控制阀进行喷淋清洗。

为了更好地检测太阳光透过第一透光玻璃和第二透光玻璃后的照度，所述第一透光玻璃系统还包括安装在第一透光玻璃背面且位于第一照度传感器一侧的第一遮光箱14，所述第一照度传感器13位于在第一遮光箱内，所述第二透光系统还包括安装在第二透光玻璃背面且位于第二照度传感器一侧的第二遮光箱16，所述第二照度传感器15位于在第二遮光箱内，所述第一遮光箱和第二透光箱均采用一端开口的箱体，所述箱体采用不透光材料。

为使第二透光玻璃与光伏板表面灰尘累积程度相同和进一步提高光伏板清洗频率判断的准确性，所述光伏板包括透光玻璃，所述第一透光玻璃和第二透光玻璃的结构、尺寸、透光性能完全相同，所述第二透光玻璃采用与透光玻璃相同的材料，如光伏板中常用的5mm钢化透光玻璃。

为使第二透光玻璃和光伏板喷淋清洗后表面清洁程度相同，所述第一喷淋装置的喷水量与第二喷淋装置的喷水量的比值等于光伏板的长度与第二透光玻璃的长度的比值，如喷淋装置采用设有喷水缝的喷水管时，第一喷淋装置的喷水缝的长度与第二喷淋装置的喷水缝的长度的比值等于光伏板的长度与第二透光玻璃的长度的比值。

在本实施例中，光伏系统的清洗主要采用喷淋清洗方式，但小部分灰尘由于长期粘附在光伏板表面，很难通过喷淋清洗去除，该部分灰尘如果长期不清除，光伏系统长期使用将损失较大的发电量，如果采用人工擦洗、专业设备清洗等方式彻底清除，清洗周期又很难判断，周期过短会极大提高光伏系统的运行成本。

为合理彻底清除光伏板在喷淋清洗难以去除的部分灰尘，进一步提高光伏系统的经济效益，所述低成本且具有智能清洗功能的光伏系统还包括gsm模块和提醒装置，所述提醒装置分别与控制装置、gsm模块连接，所述gsm模块用于发送提醒信息至光伏系统管理者手机，所述控制装置还用于在控制第一控制阀或第二控制阀刚打开时发送清洗信号和清洗日期至提醒装置。

所述提醒装置包括发电量获取模块、接收模块、发电量累加模块、第一检测模块、第二检测模块、计算模块和第二比较模块。

所述发电量获取模块用于获取和存储光伏系统每天的日发电量，可通过获取光伏系统中控制器的日发电量数据实现。

所述接收模块用于接收和存储控制装置每次发送的清洗信号和清洗日期，其中，当控制装置第一次发送清洗信号时，将光伏系统刚使用时的日期记为前一次清洗日期，可手动提前预设在提醒装置中，其中，所述光伏系统、控制装置和提醒装置在刚使用时同时启动。

所述发电量累加模块用于在控制装置每次发送清洗信号和清洗日期时累加光伏系统在前一次清洗日期至当前清洗日期之间的日发电量，并将累加的发电量记为阶段发电量，如前一次清洗日期为2018年6月1日，当前清洗日期为2018年6月30日，阶段发电量为2018年6月1日至2018年6月30日之间每天的日发电量的累加值。

所述第一检测模块用于在光伏系统刚使用时获取第一照度传感器检测的照度值与第二照度传感器检测的照度值，并将第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值记为最大比值，其中，光伏系统刚使用时，第一透光玻璃、第二透光玻璃和光伏板表面均没有灰尘覆盖。

所述第二检测模块用于在光伏系统当前清洗完毕时获取第一照度传感器检测的照度值与第二照度传感器检测的照度值，并将第二照度传感器检测的照度值与第一照度传感器检测的照度值的比值记为当前比值。

所述计算模块用于将最大比值与当前比值的差值乘以阶段发电量得出阶段损失发电量。

所述第二比较模块用于将判断所述阶段损失发电量是否大于预设损失发电量，若是，则发送提醒信息至光伏系统管理者手机，若否，则不发送提醒信息至光伏系统管理者手机。

具体地，预设损失发电量可根据当地电价和光伏系统彻底清洗成本计算确定，如光伏系统采用人工擦洗方式彻底清洗多次喷淋清洗后表面粘附的灰尘，可参照当地人工擦洗费用确定该光伏系统彻底清洗成本，在将光伏系统彻底清洗成本除以当地电价就可得出预设损失发电量，若阶段损失发电量大于预设损失发电量，则说明光伏板在喷淋清洗后未清除的灰尘长期存在会使光伏系统的经济效益明显降低，光伏系统管理者应考虑对光伏系统进行人工擦洗或专业设备清洗等方式对光伏板和第二透光玻璃进行彻底清洗。

需要说明的是，光伏系统人工擦洗或专业设备清洗等方式采用彻底清洗后，由于光伏板、第二透光玻璃和第一透光玻璃表面均没有灰尘覆盖，控制装置和提醒装置最好重新启动且清除原有数据，并以光伏系统刚使用时作为起始点进行相应的监控和判断。

本发明的保护范围并不局限于上述描述，任何在本发明的启示下的其它形式产品，不论在形状或结构上作任何改变，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均在本发明的保护范围之内。