一种有超疏水涂层的光伏清灰的耗水量分析计算模型

1.本发明涉及光伏技术领域，具体为一种有超疏水涂层的光伏清灰的耗水量分析计算模型。


背景技术：

2.目前我国光伏电站所使用的主流太阳能电池发电效率仅能达到24％，随着太阳能装机容量的增大，如何提高太阳能电池的发电效率并增加发电量，是当今“碳达峰，碳中和”背景下一个亟待解决的问题。
3.我国太阳能资源最丰富的地区主要为宁夏北部、甘肃北部等，但这些地区气候干燥，大量灰尘沉积在太阳能光伏电板表面，降低了光伏电板的输出效率。现有的清洁积尘方式主要以人力为主，效率低下且需消耗大量水资源。
4.超疏水现象启发于荷叶的自洁效应，当雨滴落在荷叶表面时，雨水会滚落并清洁荷叶表面的灰尘，以此为设计依据的超疏水涂层在人们的生活中有着广泛的应用，经常应用到诸如建筑、服装和生物医学等领域当中。超疏水表面水滴去除灰尘颗粒的机理被确定为水滴覆盖灰尘颗粒并随之移动，利用微量的水就可以清除大量的灰尘。
5.由于我国西北地区干旱少雨，水资源的匮乏限制了传统清洁方式中人工清洁和水射流清洁太阳能电池表面积灰的实际应用，在清洁过程中应将耗水量降到最低，因此研究具备超疏水涂层光伏电站的清洁方法及其耗水量，对干旱地区老小光伏电站的提质增效和节约水资源具有重要意义
6.所以需要针对上述问题设计一种有超疏水涂层的光伏清灰的耗水量分析计算模型。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种有超疏水涂层的光伏清灰的耗水量分析计算模型，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种有超疏水涂层的光伏清灰的耗水量分析计算模型，包括以下步骤：
9.步骤1、本方法针对于光伏组件超疏水表面液滴清灰的耗水量分析计算；
10.步骤2、以一滴完成超疏水涂层表面清灰后的液滴半径rm为输入，基于衡量液滴形态的特征数bo，根据清灰所选用的体积vd＝50μl的液滴，拟合出 rm关于单位液滴滚动所除灰尘质量ms的三次多项式；
11.步骤3、利用推求的单位液滴滚动清除灰尘颗粒的质量ms，通过输入光伏电站光伏组件总表面积s，积灰密度rd，以求得清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n；
12.步骤4、基于光伏电站光伏组件总清灰耗水量与单个液滴体积之间的比例关系，推算光伏电站光伏组件表面灰尘清洁总耗水量v。
13.进一步的，所述步骤1包括：
14.步骤11、采取通过液滴滚动裹挟光伏组件表面灰尘的方式清洁光伏组件，在超疏水光伏组件上方滴定一定体积的液滴，液滴会以滚动的方式带走表面的灰尘颗粒。
15.进一步的，所述步骤2包括：
16.步骤21、实验证明bo＝1的情形下，液滴滚动后所含灰尘颗粒的质量最高，清除一定质量积灰所需液滴个数最少。
17.进一步的，所述基于此利用三次多项式拟合初始体积vd为50μl的混合液滴半径与其中所含灰尘质量的方程如公式(1)所示：
[0018][0019]
其中rm为混合液滴半径，ms为液滴滚动除去的灰尘质量。
[0020]
进一步的，所述步骤2还包括：
[0021]
步骤22、测得液滴滚动清洁表面后的混合液滴半径rm，求出其所裹挟灰尘质量ms。
[0022]
进一步的，所述步骤3包括：
[0023]
步骤31、根据光伏电站装机容量测算出光伏组件总表面积并测量光伏组件表面积尘密度。
[0024]
进一步的，所述公式(2)如下：
[0025][0026]
进一步的，所述步骤3还包括：
[0027]
步骤32、根据混合液滴半径rm以及液滴滚动除去的灰尘质量ms，通过公式(2)求得清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n。
[0028]
进一步的，所述公式(3)如下：
[0029]
v＝nvdꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)。
[0030]
进一步的，所述步骤4包括：
[0031]
步骤41、用清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n，乘以清洁所用体积vd＝50μl的单位液滴，得到清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所用水量，用公式(3)计算可得。
[0032]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在提供一种效率高，且耗水量少的光伏组件表面清洁方式的同时，可以快速计算出大范围的光伏电站光伏组件表面液滴清洁总用水量，精确调控对该光伏电站的供水量，对光伏电站清洁用水的统计调查数据进行复核。除此之外，可以用来与其他清洁方式耗水量进行比较，进而分析其节水性能。
附图说明
[0033]
图1为本发明光伏组件表面液滴清灰的耗水量分析计算流程图；
[0034]
图2为本发明光伏组件表面液滴除尘方法示意图；
[0035]
图3为本发明不同积尘密度下的液滴清洁耗水量；
[0036]
图4为本发明与其他清洁方式耗水量的对比图。
具体实施方式
[0037]
如图1至图4所示，本发明提供一种技术方案：一种有超疏水涂层的光伏清灰的耗水量分析计算模型，包括以下步骤：
[0038]
步骤1、本方法针对于光伏组件超疏水表面液滴清灰的耗水量分析计算；
[0039]
步骤2、以一滴完成超疏水涂层表面清灰后的液滴半径rm为输入，基于衡量液滴形态的特征数bo，根据清灰所选用的体积vd＝50μl的液滴，拟合出 rm关于单位液滴滚动所除灰尘质量ms的三次多项式；
[0040]
步骤3、利用推求的单位液滴滚动清除灰尘颗粒的质量ms，通过输入光伏电站光伏组件总表面积s，积灰密度rd，以求得清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n；
[0041]
步骤4、基于光伏电站光伏组件总清灰耗水量与单个液滴体积之间的比例关系，推算光伏电站光伏组件表面灰尘清洁总耗水量v；
[0042]
具体操作如下，在提供一种效率高，且耗水量少的光伏组件表面清洁方式的同时，可以快速计算出大范围的光伏电站光伏组件表面液滴清洁总用水量，精确调控对该光伏电站的供水量，对光伏电站清洁用水的统计调查数据进行复核。除此之外，可以用来与其他清洁方式耗水量进行比较，进而分析其节水性能。
[0043]
步骤1包括：
[0044]
步骤11、采取通过液滴滚动裹挟光伏组件表面灰尘的方式清洁光伏组件，在超疏水光伏组件上方滴定一定体积的液滴，液滴会以滚动的方式带走表面的灰尘颗粒。
[0045]
步骤2包括：
[0046]
步骤21、实验证明bo＝1的情形下，液滴滚动后所含灰尘颗粒的质量最高，清除一定质量积灰所需液滴个数最少。基于此利用三次多项式拟合初始体积 vd为50μl的混合液滴半径与其中所含灰尘质量的方程如公式(1)所示：
[0047][0048]
其中rm为混合液滴半径，ms为液滴滚动除去的灰尘质量
[0049]
步骤22、测得液滴滚动清洁表面后的混合液滴半径rm，求出其所裹挟灰尘质量ms。
[0050]
步骤3包括：
[0051]
步骤31、根据光伏电站装机容量测算出光伏组件总表面积并测量光伏组件表面积尘密度。
[0052]
步骤32、根据混合液滴半径rm以及液滴滚动除去的灰尘质量ms，通过公式(2)求得清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n。
[0053][0054]
步骤4包括：
[0055]
步骤41、用清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n，乘以清洁所用体积vd＝50μl的单位液滴，得到清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所用水量，如公式(3)所示：
[0056]
v＝nvdꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)
[0057]
工作原理：步骤1、采取通过液滴滚动裹挟光伏组件表面灰尘的方式清洁光伏组
件。以一滴完成超疏水涂层表面清灰后的液滴半径rm为输入，基于衡量液滴形态的特征数bo，根据清灰所选用的单位液滴体积vd选择合适的关于 ms的三次多项式拟合公式，这里ms为单位液滴滚动所除灰尘质量。具体包括：取bo＝1，当bo数为1时，液滴处于一个由表面张力决定形态转变为重力决定形态的临界状态，此时液滴处于由圆球状转变为椭圆球状的状态，液滴中所含灰尘颗粒的质量最高，清除一定质量积灰所需单位体积的液滴最少。基于 bo＝1的情形，根据所用清洁液滴的体积vd＝50μl，拟合出rm关于ms的三次多项式。求得的拟合方程ms＝-326.52+293.8r
m-105.72r
m2
+17.34r
m3
。测得液滴滚动清洁表面后的混合液滴半径rm，求出其所裹挟灰尘质量ms。选取与地域相匹配的含沙液滴数据。这里以甘肃酒泉地区光伏发电站为例，测得rm＝2.6mm，根据拟合的二次三项式求出ms＝27.78mg。利用推求的单位液滴滚动清除灰尘颗粒的质量ms，通过输入光伏电站光伏组件总表面积s，积灰密度rd，以获得清除光伏电站光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n；具体包括：目前光伏电站的光伏组件均使用m12圆单晶perc硅片。以此硅片为例，查得该硅片功率为9.97w(边长210mm)，可计算出每w所占硅片面积约为0.044m2，那么每平方米光伏组件的功率为0.227kw，以该单位面积光伏组件功率为转换基准，即可根据光伏电站装机容量测算出光伏电站的光伏组件总表面积，假设光伏电站装机容量为200kw。换算得光伏组件总表面积为881m2。根据研究，酒泉地区光伏电站表面积尘密度rd平均为33.83g/m2。根据单位液滴滚动除去的灰尘质量ms，通过求得清除单位光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n。基于光伏电站光伏组件总除尘耗水量与单个液滴体积之间的比例关系，推算单位光伏表面灰尘清洁总用水量。具体包括：用清除单位光伏组件上所有灰尘所消耗的液滴数量n，乘以清洁所用体积vd＝50μl的单位液滴，得到清除单位光伏组件上所有灰尘所耗水量v，如公式v＝n
·vd
＝1072
·
50
·
10-3
＝53.64l所示。