王珊 鄭鵬濤

摘要：高海拔荒漠地區(qū)極其適合大型光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，然而荒漠地區(qū)惡劣氣候環(huán)境下電池板積灰對(duì)發(fā)電效率影響尤為突出，而移動(dòng)式電池板清潔裝置在使用過程中存在諸多問題。通過TRIZ創(chuàng)新理論對(duì)清潔裝置的水箱進(jìn)行分析，解決移動(dòng)困難的問題，對(duì)探索新型電池板清潔設(shè)備奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新方法 太陽能電池板 清潔裝置

0 引言

柴達(dá)木盆地年太陽總輻射量大于6800MJ/m2，有可用于光伏發(fā)電的荒漠化土地10萬平方公里[1]，但盆地風(fēng)沙大，雨量小[2]，實(shí)際工程中電池板表面極易蒙塵且難以清洗。由于光電轉(zhuǎn)換效率與受光面積成正比，附著在電池板表面的灰塵極大縮小了受光面積，從而降低了發(fā)電效率。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)電池板灰塵覆蓋率達(dá)25%時(shí)，電站的綜合發(fā)電效率將急劇下降。且大面積太陽能電池板陣列的清潔，采用人工清潔勞動(dòng)強(qiáng)度巨大。因此，研制移動(dòng)式電池板清潔裝置對(duì)維護(hù)光伏電站平穩(wěn)低成本運(yùn)營，具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 TRIZ創(chuàng)新理論

TRIZ[3]是俄文單詞“發(fā)明問題解決理論”的首字母的縮寫，其理論是由前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在1946年創(chuàng)立的。創(chuàng)新從最通俗的意義上講就是創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和創(chuàng)造性地解決問題的過程，TRIZ理論的強(qiáng)大作用正在于它為人們創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供了系統(tǒng)的理論和方法工具。

2 問題分析與擬解決方案

2.1 清潔裝置存在問題 由于光伏電站清洗需求，國內(nèi)部分公司制造了相關(guān)設(shè)備，主要采用水射流、滾刷或刮擦等技術(shù)[4]。如德高潔清潔設(shè)備有限公司開發(fā)了命名為

SOLAR-TC 3500的太陽能電池板清潔車，采用動(dòng)力旋轉(zhuǎn)滾刷清洗方式，對(duì)電池板進(jìn)行清洗。但由于工程車輛較大，行進(jìn)過程易對(duì)電池板造成損傷；同時(shí)，因沙陷和耗水等問題難以在荒漠地區(qū)大規(guī)模使用。而日本夏普公司，開了一款太陽能電池板機(jī)器人，可在電池板表面進(jìn)行移動(dòng)，利用刮板清除污垢，目前在泰國試用，其性能有待評(píng)價(jià)。因此，根據(jù)荒漠光伏電站的現(xiàn)狀急需開發(fā)操作性良好的電池板清潔設(shè)備。

2.2 清潔原理及問題分析 灰塵顆粒粘附在電池板表面，吸附性很強(qiáng)，不能夠自由移動(dòng)，清洗使灰塵被分散成細(xì)微粒子，只有清除作用力大于灰塵顆粒粘附作用力時(shí)[5]，灰塵顆粒才會(huì)在電池板表面產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并從清洗表面脫離，完成清洗作用。

在電池板清潔裝置上加裝水箱，水可以潤濕刷子，改善清潔效果提高可操作性；但太陽能電池板陣列較長，導(dǎo)致清潔裝置運(yùn)行路程較長，故水箱水量增多會(huì)使清潔設(shè)備移動(dòng)速度變慢甚至移動(dòng)困難。問題模型如圖1所示。

2.3 問題的轉(zhuǎn)化與求解 復(fù)雜系統(tǒng)是眾多因素相互聯(lián)系、相互影響的一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)[3]。太陽能電池板、環(huán)境及清潔裝置的功能模型如圖2所示。利用TRIZ理論將通過功能結(jié)構(gòu)分析方法解剖系統(tǒng)各部分的相互作用，可以通過改變作用的方式實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)。

■

圖2 功能模型圖

問題的理想解為移動(dòng)清潔裝置運(yùn)動(dòng)靈活，水箱水量充足，達(dá)到預(yù)期清潔效果。

2.4 TRIZ工具選擇與分析 加裝水箱屬于技術(shù)沖突，水箱的水可以使刷子潤濕積灰，改善清潔效果提高可操作性；但水箱水量多會(huì)使清潔設(shè)備移動(dòng)速度變慢。查沖突矩陣得到發(fā)明原理為：反向、振動(dòng)、拋棄與修復(fù)，故可以考慮減小移動(dòng)水箱的容積。清潔裝置的清潔效果好要求水箱體積大，裝置運(yùn)動(dòng)靈活要求水箱體積小，存在的物理沖突是水箱既大又小。通過分離原理中的空間分離方法，把整體水箱分離為小水箱。

3 結(jié)論

本文利用TRIZ創(chuàng)新理論分析太陽能電池板移動(dòng)清潔裝置的用水問題，通過功能模型圖更為直觀的剖析電池板體系的相互作用關(guān)系。利用技術(shù)沖突與物理沖突的相關(guān)方法，通過減小水箱體積中途補(bǔ)給，解決移動(dòng)式清潔裝置清潔長距離電池板陣列的移動(dòng)難問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春來，朱慧敏，孔祥鵬，等.青海大規(guī)模光伏發(fā)電發(fā)展問題探討[J].電力技術(shù)與環(huán)保，2011，27（3）：4-5.

[2]李錫福，年光延.氣候變化對(duì)青海生態(tài)環(huán)境的影響及對(duì)策研究[J].高原地震，2001，13（3）：62-66.

[3]張士運(yùn)，林岳.TRIZ創(chuàng)新理論研究與應(yīng)用[M].北京：華齡出版社，2010.

[4]曹昊翔，張正學(xué).水射流清洗技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2006，10（S1）：76-81.

[5]居發(fā)禮.積灰對(duì)光伏發(fā)電工程的影響研究[D].重慶大學(xué)，2011.

基金項(xiàng)目：科技部創(chuàng)新方法工作專項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012IM0

20800）；2013年度青海大學(xué)中青年基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013-QGY-15）

作者簡介：

王珊（1983-），女，河北定州人，青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，講師，碩士，研究方向：太陽能電池板表面清潔技術(shù)。