一种用于多种气象条件下光伏板面灰尘沉积的测试装置

本发明涉及光伏板面灰尘沉积测试，具体涉及一种用于多种气象条件下光伏板面灰尘沉积的测试装置。

背景技术：

1、太阳能发电具有太阳光取之不竭、清洁环保、安全可靠、无噪声、不受地域限制、运行周期长的特点，因此受到越来越多的关注，在全世界得到了快速地发展，成为新能源的主要组成部分。太阳能发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，该技术的关键元件是太阳能电池(即光伏板)，光伏板接收光能的多少决定了其发电量的大小，阳光照射强度、光伏板上的积灰、污渍、雨水、积雪等都会影响光伏板接收光能的多少，大量光伏发电的运营中发现，光伏板上的积灰是影响光伏发电时间与发电量的主要因素。

2、积灰对光线形成了遮蔽与反射，影响光能吸收，使得光能无法有效的参与光能-电能转换，降低了发电效能；积灰自身的酸碱属性，在湿润环境下会因化学反应腐蚀光伏板表面，造成光线的散射，降低了发电效能，综上所述，积灰对光伏发电的影响很大。

3、光伏板面上形成灰尘集聚受其所在区域的自然条件影响较大，主要受到温度、湿度、风速、风向、降水(降雪)强度以及该区域的灰尘种类、灰尘粒径、灰尘密度影响。这些因素决定了光伏板面上的不同时间段的灰尘种类、积灰量、灰尘粒径大小、不同粒径的灰尘在光伏板面上的分布等参数，通过研究这些参数对光伏板发电量的影响，明确出量化指标，才能为光伏电厂的选址、设计、建造、运营、维保提供依据，提高光伏发电效能、降低运营成本。

4、光伏板积灰研究可以从现有的光伏发电场大量采样进行，也可以在模拟实验装置内进行，但前者的工作量非常大，工作周期长，不确定性较高，不利于系统性的开展实验；后者则可以按照设定的各项参数开展系统性实验，但此类实验装置目前还停留在对个别影响因素的独立研究中，没有综合性的考虑各种因素对积灰的影响，为了能有效的开展光伏积灰对发电量的影响的研究，需要一种能基于复杂气象条件下光伏板面灰尘沉积的测试装置，即在装置内模拟并控制光照强度、温度、湿度、降水强度、风速、风向、灰尘种类、灰尘颗粒粒径、灰尘浓度等要素，为光伏板面灰尘沉积的研究提供一种可靠便捷的测试装置。

5、现有申请号为cn202310603092.1，公布号为cn116633264a的中国专利公开了一种考虑积灰沉降率的光伏板输出性能损失分析系统和方法，该专利的实现方法为：在光伏场地现场布置各种传感器如：颗粒粒径传感器、风速传感器、风向传感器、毫秒计时器、电压/电流传感器、辐照度传感器、角度传感器、环境温度传感器、热成像传感器等，并将这些传感器采集的实时数据和时间经过多路数据采集卡进行编码后，通过433mhz无线收发模块将编码结果上传至pc主机进行解码，获得实时光伏现场灰尘颗粒特性、环境和气象数据。借助光伏现场采集的电气和环境数据，加以简单的仿真和数据建模，实现解耦光伏板输出性能因积灰造成的损失，对电站的智能化运维可以提供一定的指导意义。

6、该专利虽然考虑了复杂气象条件对积灰的影响，并通过各种传感器的综合数据分析可以解耦光伏板输出性能因积灰造成的损失，但无法将环境因素对积灰的分布特征(沉积量、灰尘粒径、不同粒径的分布位置等)进行量化分析；同时由于其在光伏场地现场进行采样，不确定因素很多，并受当地灰尘种类限制，无法对不同类型灰尘在光伏板面上的集聚进行分析。

7、同时，申请号为cn202310843068.5，公开号为cn117097253a的中国专利公开了一种光伏组件积灰影响的测量装置及其方法，该专利的核心为，通过透射率传感器对积灰前后的同一光伏板的透射率进行测定，确定透射率的变化，并将积灰前后的光伏板进行称重，确定积灰量，将透射率的变化与积灰量进行对应，获得积灰量对透射率影响，对研究因灰尘导致的光伏组件透光率变化定量测算提供理论依据。

8、测量装置主要由两部分结构组成，一侧结构的顶部布置有模拟光源，模拟光源的下方设置有第一支撑台，第一支撑台用于放置光伏组件，第一支撑台的下方设置有第二支撑台，透射率传感器设置在第二支撑台上；另一侧结构顶部布置有吸尘系统，其出口端与灰尘静置空间连接，灰尘静置空间内设置有电子秤。

9、其测试过程为：将干净的光伏组件放置于第一支撑台上，调整透光率传感器测量光伏组件的原始透光率；转动第一支撑台，将光伏组件放入灰尘静置空间内的电子秤上，称重并记录；选取不同筛目数的筛网，按粒径从小到大的顺序放置筛网进行试验，调整风速将灰尘送入灰尘静置空间内；静置12～15分钟，记录称重数据；将覆盖有灰尘的光伏组件转动至透射率传感器上方，得到被灰尘遮挡后光伏组件的透光量数据；重复上述实验步骤直至试验完成。该装置虽然实现了对光伏板面积灰量的定量测量，对积灰后的光伏板的透光率进行了测定，并将积灰量和透光率进行了对应，但对光伏板的发电量未进行分析；其吸尘系统只是单一的将灰尘弥漫在灰尘静置空间内，让灰尘自然沉降在光伏板面上，并未考虑风速、风向、温度、湿度等因素对灰尘沉降的影响。

10、此外，申请号为cn201910648029.3，公开号为cn110346252a的中国专利公开了一种可视化太阳能光伏板积灰实验装置，该专利的装置构成为：在一个透明玻璃箱顶部安装有可调节日光灯用以模拟光照；下方放置有旋转型底座，旋转型底座上安装有光伏板，通过调节光伏板下方的旋转型底座可改变光伏板接触到的光照强度，以模拟不同光照强度对光伏板积灰的影响，通过旋转方向与角度，进而改变安装于底座上的太阳能光伏板与空气流方向的夹角，用以模拟不同方向空气流对光伏板积灰特性的影响；透明玻璃箱内安装有旋转型喷淋装置，用于对光伏板上的积灰进行清洗；透明玻璃箱一端设置有进口，靠近进口端设置有风速采集仪、浓度测试仪和温湿度传感器，用于测量进入透明玻璃箱内的风速、灰尘浓度、风的温湿度等参数；透明玻璃箱进口与风管之间设置有污秽颗粒发生器，用于产生不同粒径的灰尘。

11、与风管前端连接的装置是空气处理箱，空气处理箱内设置有加热模块、制冷模块用于给空气进行加热和降温；空气处理箱与空气加湿器、变频风机相连接，由空气加湿器将空气加湿后再由变频风机设定好的风速通过过滤网吹进空气处理箱内进行加温或降温处理。

12、通过上述部件组成的装置可以模拟自然环境下风速、湿度、污秽颗粒粒径和浓度、光照强度和降雨强度对光伏板积灰特性的影响；同时，光伏板上积灰严重部位及降水对污秽颗粒的冲洗效果，可通过透明玻璃箱进行观测。相关数据可在数据采集仪上实时显示并保存。

13、但是，从其整体实现过程看，该装置主要有以下缺陷：1、该装置的灰尘是依靠风管中的风将污秽颗粒发生器中的灰尘吹向光伏板表面进行沉积的，实际的环境中，灰尘是由风带动在空气中形成弥漫状态后，在环境因素(温度、湿度、风速、风向)的共同作用下沉积形成的积灰。2、该装置虽然对风管中的风进行了加湿、降温(加温)处理，但处于透明玻璃箱内的光伏板并未同步进行加湿、降温(加温)，这样造成透明玻璃箱内的温度、湿度与试验要求的温度、湿度存在差异。3、该装置虽然可以观察光伏板上的积灰状况，及降水对污秽颗粒的冲洗效果，但无法量化出不同环境条件下的积灰量，灰尘分布状态及对发电量的影响等参数。

技术实现思路

1、本发明提供一种在模拟光伏场地的自然环境(光照强度、温度、湿度、降水强度、风速、风向)条件下，通过控制装置实现对不同种类、不同粒径、不同浓度的灰尘在装置内的布散，观察并定量分析灰尘在光伏板上的沉积量、分布位置、对发电量的影响进行测试的装置。该装置可实现对积灰测试的可视化、可控化、集成化、自动化、信息化，加速测试进度提高测试精度。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于多种气象条件下光伏板面灰尘沉积的测试装置，包括：

4、实验舱，所述实验舱具有前后可视化的墙壁，所述实验舱的一侧设有布灰装置，另一侧设有舱门；

5、集风室，所述集风室设置在实验舱相对舱门的一侧，且所述集风室与实验舱之间设有可调风道组件，所述集风室内设有用于模拟自然环境下空气并向实验舱内输送空气的调风机构；

6、光伏总成，所述光伏总成设置在实验舱内，且所述光伏总成的光伏板能够沿实验舱空间自由旋转；

7、阳光模拟器机构，所述阳光模拟器机构设置在实验舱顶部，用于模拟光照；

8、监测机构，所述监测机构设置在实验舱内部，用于监测实验舱内大气环境参数。

9、优选的，所述实验舱和集风室之间还设有输气管，所述输气管的一端布置在集风室的顶部，另一端布置在实验舱的通风管内顶部。

10、优选的，所述调风机构包括设置在集风室内壁的调速风机、设置在靠近调速风机输出端的加湿器、设置在集风室外壁的制冷器外机、设置在集风室内壁的加热器以及设置在集风室内壁且与制冷器外机匹配的制冷器内机。

11、优选的，所述风道组件包括设置在实验舱和集风室侧壁的风道固定格栅、通过挡风板轴装配在风道固定格栅上的多片旋转挡风板以及用于驱动挡风板轴转动的旋转电机。

12、优选的，所述光伏总成包括设置在实验舱底部的底座、转动设置在底座顶部的旋转盘、固设在旋转盘顶部的立柱以及通过旋转铰链转动设置在立柱顶部的光伏支架，所述光伏板固设在光伏支架内。

13、优选的，所述光伏支架上部边缘处安装有布水机构，所述光伏支架侧边安装有用于量化光伏板相对于阳光模拟器机构角度的角度仪，所述光伏板面上还设有多个用于采集光伏板表面温度的热电偶；所述布水机构包括设置在光伏支架上的输水管支架、设置在输水管支架上的输水管、设置在输水管上的进水管以及沿输水管长度方向布置的喷头；所述光伏板置于光伏支架内侧的周边还设有采样板。

14、优选的，所述光伏总成还包括设置在旋转盘顶部的随动支架、设置在随动支架上用于驱动旋转盘转动的驱动电机、滑动设置在随动支架底端且其远离随动支架一端与光伏支架底端铰接的底部调节件、设置在驱动电机输出端用于驱动底部调节件滑动的第一传递件、设置在随动支架顶端且其远离随动支架一端与光伏支架顶端铰接的顶部调节件以及设置在驱动电机输出端用于驱动顶部调节件滑动的第二传递件。

15、优选的，所述实验舱内部设有用于形成通风管的通风管板，所述通风管板上设有多个通风孔。

16、优选的，所述阳光模拟器机构包括设置在实验舱顶部的模拟器支架、多个呈阵列均布在模拟器支架上的阳光模拟器以及用于调节阳光模拟器光照强度的控制器；其中，所述模拟器支架的长宽尺寸大于光伏支架水平放置时的最大长宽尺寸；所述阳光模拟器包括与模拟器支架相连的架体、设置在架体上的罩壳以及设置在罩壳内的光源，所述罩壳内侧设有反射体。

17、优选的，所述布灰装置包括箱体、设置在箱体下部一侧的百叶窗、设置在箱体内部下侧的布灰风机、设置在布灰风机上部支架上的储灰槽以及设置在储灰槽底部且能够与储灰槽的底板孔相匹配的移动孔板，所述箱体外壁设有用于驱动移动孔板相对于底板孔移动的电磁铁。

18、由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：

19、1.本发明中，包括集风室及具有前后可视化墙壁的实验舱，集风室内布置有调速风机、加湿器、加热器、制冷机，集风室与实验舱之间的墙壁上布置有风道组件，实验舱布置有布灰机构、光伏总成、阳光模拟器，集风室与实验舱之间连通有多条输气管，实验舱内布置有各类探测器、传感器，比如：温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、辐照度传感器、颗粒粒径传感器、高精度相机、热成像传感器等，同时实验舱外布置有多路数据采集仪、pc主机等数据采集与处理装置。上述部件的组合及工作过程中起到的作用，使得本发明具有了以下特点：(1)、在一个相对封闭的空间内实现了对大气环境的模拟(温度、湿度、风速、风向、降水)；(2)、实现了对灰尘量、灰尘粒径可控布散；(3)、实现了在多种气象条件下对光伏板灰尘沉积量、沉积状态、分布形态的测试；(4)、实现了在多种气象条件下灰尘沉积对光伏板发电量的测试；(5)、实现了整个测试过程的可视化、程序化、自动化与数字化；(6)、实现将较长周期的户外光伏板灰尘沉积实验的实验周期缩短，快速实现多环境条件耦合下的光伏板表面灰尘沉积研究。

20、2.本发明中，底座安装于实验舱地面并固定，旋转盘与立柱焊接或通过紧固件紧固为一个整体，旋转盘放置在底座凹陷处，可以绕底座中心旋转，光伏支架与旋转铰链焊接或通过紧固件紧固为一个整体，旋转铰链与立柱上端通过销轴连接，旋转铰链可围绕销轴旋转，通过上述结构使得光伏板支架可以在实验装置内做水平方向360°旋转，用以调节光伏板接受不同方向的风吹，也可做垂直方向90°旋转，用于调节光伏板面相对于太阳光模拟光源的角度；

21、光伏支架侧边安装有角度仪，用于量化光伏板相对阳光模拟器的夹角，光伏板面上方安装有热电偶，用于采集光伏板表面温度数据，可进行温度对光伏发电的影响程度的量化分析测试；光伏支架上部边缘处安装有布水机构，通过更换不同喷头及调整输水管的喷头相对光伏板的夹角，可实现对光伏板表面细水雾降温、清洗和模拟降雨三个功能，降温功能用于与热电偶测温配合，可实现温度对光伏发电的影响程度的量化分析；清洗功能可以实现对积灰后的光伏板面的清洁，也可以观察不同喷头、流量、水压情况下的清洗效果；模拟降水过程中雨水冲刷积灰的光伏板表面，可观察灰尘聚集的位置与状态。

22、3.本发明中，光伏板布置在光伏支架上，通过线缆、逆变器、控制器、蓄电池、及电压/电流传感器实时监测光伏板的发电量，并将相关数据传输至pc主机，在光伏板中间以及光伏板周边布置采样板，采样板使用亚克力或低铁玻璃制造，用于搜集不同位置的灰尘沉积量及灰尘粒径分布状态，还可另开展灰尘沉积量和沉积灰尘的粒径的定量研究。

23、4.本发明中，光伏支架两侧安装输水管支架，输水管支架中间安装输水管，输水管上安装喷头，输水管的一端安装进水口并连接有进水管，进水管与外界调压水泵连接，根据测试要求，通过调压水泵调节提供水压力及流量，配合选装不同的喷头及旋转输水管调整喷头对光伏板的夹角，实现降温、清洗和模拟降雨三个功能。

24、5.本发明中，百叶窗布置在箱体下部一侧，形成空气进入布灰装置的通道，布灰风机布置在箱体内部下三分之一处，当布灰风机启动低速运行时，箱体内的空气被布灰风机吹动，在箱体内形成空气的流动，储灰槽布置在布灰风机上部的布灰支架上，储灰槽底部配装有移动孔板，移动孔板通过安装在箱体外部的电磁铁的推拉动作实现移动，箱体上部设有与箱体成一定角度的开口，开口内部布置有滤网，滤网按照测试要求可以更换不同的目数，使得从开口处吹出的灰尘的粒径满足测试要求，开口外部布置有电控门，通过控制电机可实现对开口的封闭与开通。