本實(shí)用新型涉及太陽能電池板除塵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置。

背景技術(shù)：

太陽能電池板應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，一些具備自動跟蹤能力的太陽能電站，經(jīng)過一段時(shí)間工作其表面會積聚許多灰塵，尤其是在一些降雨量少的地方積聚的灰塵更多。灰塵積聚在太陽能電池板感光面上會降低光的轉(zhuǎn)化效率。人工除塵的方法工作強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高，雇傭工人的話成本也高。楊景發(fā)等人(楊景發(fā),邱鵬飛,李冰,等.太陽能電池板跟蹤與除塵裝置的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2013(9):60-62.)指出可以噴涂納米TiO₂，在太陽能電池板表面形成透明薄膜，利用超親水性、催化降解的特性催化降解有機(jī)附著物，達(dá)到除塵的目的，但這種方法采用化學(xué)試劑，對環(huán)境可能造成二次污染。還有一些技術(shù)使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾刷清掃太陽能電池板表面灰塵，但這在結(jié)構(gòu)上增加了許多額外的機(jī)構(gòu)，對太陽能跟蹤系統(tǒng)本身改動較大，成本也較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型擬解決的技術(shù)問題是，提供一種自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置。該裝置以自然風(fēng)為動力，充分利用現(xiàn)有太陽能電池板系統(tǒng)，通過風(fēng)速測量和風(fēng)向調(diào)整及單片機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)對太陽能電池板上灰塵的自動清除，提高太陽能電池板能源利用率，達(dá)到節(jié)能減排的目的，且不會造成環(huán)境污染，成本低，更適于大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。

本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：提供一種自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置，該裝置包括風(fēng)向傳感器固定片、風(fēng)速傳感器固定片、風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器、底座、控制模塊和旋轉(zhuǎn)軸；風(fēng)向傳感器用來測量風(fēng)向，風(fēng)速傳感器用來測量風(fēng)速；控制模塊控制整個裝置的工作；所述風(fēng)向傳感器由風(fēng)向傳感器固定片固定在底座上；所述風(fēng)速傳感器由風(fēng)速傳感器固定片固定在底座上；太陽能電池板通過旋轉(zhuǎn)軸固定在底座上部，所述控制模塊固定于底座上；

所述控制模塊包括24V直流電源、電壓轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)、外擴(kuò)存儲芯片、時(shí)鐘芯片、液晶顯示屏、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、AD轉(zhuǎn)換芯片以及獨(dú)立鍵盤；所述24V直流電源為24V輸出，為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器供電，24V電壓經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成5V電壓，給單片機(jī)供電；所述單片機(jī)分別與外擴(kuò)存儲芯片、時(shí)鐘芯片、液晶顯示屏、獨(dú)立鍵盤和步電機(jī)驅(qū)動器連接；所述風(fēng)向傳感器輸出端通過AD轉(zhuǎn)換芯片接入單片機(jī)；所述風(fēng)速傳感器輸出端直接接入單片機(jī)；所述單片機(jī)的輸出端通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與旋轉(zhuǎn)軸上的步進(jìn)電機(jī)連接，單片機(jī)的輸入端還與太陽能電池板的輸出端連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：

1)本實(shí)用新型采用自然風(fēng)作為吹掃動力源，直接利用風(fēng)這一無處不在的清潔能源作為除塵動力，不再引入其他化學(xué)物質(zhì)等造成環(huán)境污染，最低限度減小不必要的能源消耗；該裝置可以在夜間或者陰天等時(shí)候進(jìn)行除塵，不影響白天太陽能追蹤系統(tǒng)的正常工作；能有效提高太陽能轉(zhuǎn)化效率，去除太陽能電池板上的灰塵，提高了太陽能電池板有效轉(zhuǎn)化率；

2)本實(shí)用新型裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，僅在已有的太陽能追蹤系統(tǒng)中加入兩個傳感器分別測量風(fēng)速與風(fēng)向，同時(shí)結(jié)合單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，對原有結(jié)構(gòu)改動極小，制作成本低，可有效快速將太陽能電池板上的灰塵成功去除，顯著提高太陽能電池板能源利用效率。

3)利用風(fēng)速傳感器檢測風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速不小于5.5m/s時(shí)，且太陽能自動追蹤系統(tǒng)處于可除塵模式，此時(shí)利用風(fēng)向傳感器檢測到風(fēng)向，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，使感光面垂直于風(fēng)的方向，此時(shí)進(jìn)行除塵。由于太陽能電池板表面一天的灰塵積累量不會過多，所以白天太陽能追蹤系統(tǒng)正常工作，夜晚再進(jìn)行除塵，就不會影響其正常工作，使太陽能電池板的工作效率最大化。

附圖說明

圖1本實(shí)用新型自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本實(shí)用新型自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置一種實(shí)施例的控制模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖中，1風(fēng)向傳感器固定片；2風(fēng)速傳感器固定片；3風(fēng)向傳感器；4風(fēng)速傳感器；5底座；6控制模塊；601.24V直流電源、602.電壓轉(zhuǎn)換芯片、603.單片機(jī)、604.外擴(kuò)存儲芯片、605.時(shí)鐘芯片、606.液晶顯示屏，607.步進(jìn)電機(jī)、608.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、609.AD轉(zhuǎn)換芯片、610.獨(dú)立鍵盤。

具體實(shí)施方式

下面將對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置(簡稱裝置，參見圖1-2)包括風(fēng)向傳感器固定片1、風(fēng)速傳感器固定片2、風(fēng)向傳感器3、風(fēng)速傳感器4、底座5、控制模塊6和旋轉(zhuǎn)軸(圖中未標(biāo)出)；風(fēng)向傳感器3用來測量風(fēng)向，風(fēng)速傳感器4用來測量風(fēng)速；控制模塊6控制整個裝置的工作；所述風(fēng)向傳感器3由風(fēng)向傳感器固定片1固定在底座5上；所述風(fēng)速傳感器4由風(fēng)速傳感器固定片2固定在底座5上；太陽能電池板通過旋轉(zhuǎn)軸固定在底座上部，所述控制模塊6固定于底座5上；

所述控制模塊6包括24V直流電源601、電壓轉(zhuǎn)換芯片602、單片機(jī)603、外擴(kuò)存儲芯片604、時(shí)鐘芯片605、液晶顯示屏606、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器608、AD轉(zhuǎn)換芯片609以及獨(dú)立鍵盤610；所述24V直流電源601為24V輸出，為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器供電，24V電壓經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換芯片602轉(zhuǎn)換成5V電壓，給單片機(jī)供電；所述單片機(jī)603分別與外擴(kuò)存儲芯片604、時(shí)鐘芯片605、液晶顯示屏606、獨(dú)立鍵盤610和步電機(jī)驅(qū)動器608連接；所述風(fēng)向傳感器3輸出端通過AD轉(zhuǎn)換芯片609接入單片機(jī)603；所述風(fēng)速傳感器4輸出端直接接入單片機(jī)603；所述單片機(jī)603的輸出端通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器608與旋轉(zhuǎn)軸上的步進(jìn)電機(jī)607連接，單片機(jī)的輸入端還與太陽能電池板的輸出端連接。

所述電壓轉(zhuǎn)換芯片602為LM2576芯片；所述單片機(jī)603為STC89C52型號單片機(jī)；所述外擴(kuò)存儲芯片604為AT24C24芯片；所述時(shí)鐘芯片605為DS1302芯片；所述液晶顯示屏的型號為TJC4827T043_011，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器608型號為TB6600；AD轉(zhuǎn)換芯片609為PCF8591芯片。

所述風(fēng)速傳感器為FS-M-30風(fēng)速傳感器，風(fēng)向傳感器的型號為FX-V1-16，二者均采用三杯設(shè)計(jì)理念(由風(fēng)杯和機(jī)身組成，當(dāng)風(fēng)吹動頂部的3個120度對角的風(fēng)杯的時(shí)候，風(fēng)杯就會發(fā)生轉(zhuǎn)動，并由位于中軸位置的芯片收集轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速的變化并轉(zhuǎn)換為風(fēng)速數(shù)據(jù)。)外形小巧輕便，便于攜帶和組裝。風(fēng)速傳感器的供電電壓為DC24V，信號輸出方式為脈沖信號輸出，量程為0～30米/秒。風(fēng)向傳感器供電電壓為DC24V，信號輸出方式為0～5V輸出，360度不同方位的輸入對應(yīng)0～5V的電壓輸出。

所述控制模塊外部設(shè)有保護(hù)罩，該保護(hù)罩為一種防水堅(jiān)固的非金屬材料，例如玻璃板。

所述旋轉(zhuǎn)軸用來帶動太陽電池板在水平方向和豎直方向上的轉(zhuǎn)動，包括豎直軸和水平軸，豎直軸控制太陽能電池板在水平方向的轉(zhuǎn)動，水平軸控制太陽能電池板在豎直方向的轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)軸上安裝有步進(jìn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)軸及太陽能電池板構(gòu)成太陽能追蹤系統(tǒng)。

本實(shí)用新型自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置的工作流程是：

啟動裝置，液晶顯示屏606首先進(jìn)入歡迎界面，單片機(jī)603從時(shí)鐘芯片605中讀取當(dāng)前時(shí)間，從風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器獲得當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向，并在液晶顯示屏上顯示當(dāng)前時(shí)間、當(dāng)前風(fēng)向與風(fēng)速，便于管理人員觀察裝置是否正常工作，了解當(dāng)前裝置的工作環(huán)境；由于單片機(jī)603存儲空間有限，實(shí)時(shí)采集的風(fēng)向和風(fēng)速數(shù)據(jù)存入外擴(kuò)存儲芯片604中；單片機(jī)先通過采集太陽能電池板的輸出電壓判斷當(dāng)前是否為夜間或陰天，如果是夜間或陰天，則進(jìn)入可除塵模式，在可除塵模式中進(jìn)行除塵工作，不會影響太陽能追蹤系統(tǒng)的正常工作；若不是夜間或陰天，則不進(jìn)行除塵；當(dāng)處于可除塵模式，且所測風(fēng)速在有效除塵區(qū)間(風(fēng)速不小于5.5m/s)時(shí)，單片機(jī)603控制旋轉(zhuǎn)軸上的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動至太陽能電池板與風(fēng)向垂直的位置，通過獨(dú)立按鍵設(shè)定除塵工作時(shí)間，在此除塵工作時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行除塵。獨(dú)立鍵盤610用來控制裝置的開關(guān)，并且當(dāng)開機(jī)后顯示時(shí)間不正確時(shí)可以更改時(shí)間，同時(shí)可以設(shè)定除塵工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

本實(shí)用新型自然風(fēng)去除太陽能電池板表面灰塵的裝置的工作原理是：風(fēng)速傳感器在風(fēng)的吹動下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)一圈輸出十二個脈沖，通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)了多少個脈沖可以計(jì)算風(fēng)速；風(fēng)向傳感器在風(fēng)的吹動下轉(zhuǎn)到風(fēng)吹來的方向的位置，輸出對應(yīng)的電壓，電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換芯片傳輸給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)計(jì)算，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，使太陽能電池板與風(fēng)向垂直，進(jìn)而在特定風(fēng)速下完成太陽能電池板的除塵。

該裝置組裝好后，一定風(fēng)向的風(fēng)吹動風(fēng)向傳感器3，風(fēng)向傳感器3靜止在風(fēng)吹來的方向的位置，進(jìn)而測定當(dāng)前風(fēng)向；風(fēng)吹動風(fēng)速傳感器4，風(fēng)速傳感器4不停轉(zhuǎn)動，輸出脈沖信號，測得風(fēng)速；風(fēng)向傳感器3和風(fēng)速傳感器4將檢測信號傳送至控制模塊6中，同時(shí)經(jīng)單片機(jī)603分析計(jì)算后得出風(fēng)向和風(fēng)速值。根據(jù)風(fēng)速值判斷是否可以除塵，如果處于可除塵模式(即處于陰天或夜間)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)607驅(qū)動太陽能電池板轉(zhuǎn)動，使風(fēng)垂直吹向太陽能電池板。

本實(shí)用新型中的單片機(jī)中設(shè)有風(fēng)速測量程序，該程序流程是：開始，單片機(jī)首先判斷是否按下開始按鍵，如果沒有按下，則返回繼續(xù)判斷，如果已經(jīng)按下開始按鍵，則判斷是否處于可除塵模式(當(dāng)前為夜間或是陰天)，如果處于可除塵模式，那么設(shè)定除塵工作時(shí)間，單片機(jī)的定時(shí)器開始5s定時(shí)，同時(shí)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器開始對風(fēng)速傳感器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到5s時(shí)間到，讀取脈沖個數(shù)，計(jì)算單位時(shí)間脈沖數(shù)，即風(fēng)速，同時(shí)將計(jì)算好的風(fēng)速顯示出來；若不處于可除塵模式，則返回繼續(xù)判斷否處于可除塵模式。

本實(shí)用新型中的單片機(jī)中設(shè)有風(fēng)向測量程序，該程序流程是：當(dāng)上述風(fēng)速測量程序中計(jì)算得到的風(fēng)速值在有效除塵區(qū)間(風(fēng)速不小于5.5m/s)時(shí)，開始AD轉(zhuǎn)換，將風(fēng)向傳感器輸出的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，單片機(jī)將這個數(shù)字量通過計(jì)算轉(zhuǎn)換成角度，即本次風(fēng)向，并通過液晶顯示屏顯示本次風(fēng)向。本次風(fēng)向計(jì)算出來后，單片機(jī)進(jìn)行判斷本次計(jì)算出的角度(風(fēng)向)是否大于上次計(jì)算角度，如果大于，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)角度為兩次角度差；如果本次計(jì)算出的角度小于上次計(jì)算角度，那么步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)角度為兩次角度差；從而保證風(fēng)垂直吹向太陽能電池板。

本實(shí)用新型選擇風(fēng)速有效除塵區(qū)間為不小于5.5m/s之間，在此有效除塵區(qū)間內(nèi)，風(fēng)可以吹起塵土，本實(shí)用新型裝置更適用于年平均風(fēng)速大于等于5.5m/s的地區(qū)或是風(fēng)速周期性或季節(jié)性大于等于5.5m/s的地區(qū)。

本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。