光伏组件自动除尘装置设计

【摘要】：光伏组件是把太阳能转换为电能的装置，预期寿命20-25年。光电转化效率是其关键技术指标，多种因素导致电池片的转化效率随时间延续而降低，其中环境因素导致的效率下降要显著和严重多，尤其是灰尘效应。严重的灰尘覆盖除了降低效率外，还可能导致光伏组件烧毁而失去光电转化的功能。避免、减少或清除光伏组件表面的灰尘覆盖是非常必要和重要的工作。 本文在分析了光伏组件的结构、灰尘覆盖的规律和灰尘颗粒本身物理化学性质的基础上，设计、制造和验证了一种外置机械式光伏组件自动除尘装置。该装置除尘无需水或清洁剂辅助，且具有智能、低耗、自清洁和无二次污染等优点。测试表明：该装置技术可行、设计合理、动作准确可靠，具有应用推广价值。 首先，对光伏组件的结构、灰尘效应的一般规律，以及理想的除尘装置应该具有的基本技术特征进行了分析。根据光伏组件自动除尘装置的目标要求，确定了总体方案和工艺路线，为该装置的结构设计提供了依据。结合大量文献调研，借助Catia三维软件，自主设计了一套无液体辅助滚刷旋转式智能除尘装置。该装置包括动力源，传动机构、执行机构和控制部分。 借助Adams仿真软件对凸轮机构和传动机构的运动特性和运动规律进行了分析，对运动机构的运动性能的进行验证和为后续的自动化控制提供优化依据。为提高关键零部件刚度、强度、稳定性、使用寿命和轻量化要求，以及补偿零件加工过程的缺陷，使用HyperWorks有限元分析软件对装置的关键性零部件进行有限元分析以及优化改进。 根据机械装置动作和自动除尘系统控制要求，利用单片机对整个系统进行总系统设计和控制流程设计。包括动作控制部分，自动检测部分，远程接收指令部分和总系统框架，保证光伏组件自动除尘装置的运行稳定、可靠。 最后，对样机进行运行分析和除尘效果的测试对比分析，结果表明该样机运行平稳，除尘效果显著，具有积极的工程实践意义。 【关键词】：光伏组件 灰尘效应 除尘装置 运动仿真 有限元分析 控制系统 测试分析
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 引言10-13
• 1.2 研究背景及意义13-17
• 1.2.1 光伏组件概述14
• 1.2.2 影响光伏组件电能输出的因素14-16
• 1.2.3 课题研究意义16-17
• 1.3 光伏组件除尘的概况及趋势17-20
• 1.3.1 国外光伏组件除尘的研究概况17-18
• 1.3.2 国内光伏组件除尘的研究概况18-20
• 1.3.3 光伏组件自动除尘装置特点20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 2 除尘装置机械系统设计22-36
• 2.1 表面吸附粒子原因及方式22-23
• 2.2 粉尘表面吸附力23-24
• 2.3 粉尘清除方式24-25
• 2.4 设计步骤25
• 2.5 方案设计25-26
• 2.6 执行机构设计26-30
• 2.6.1 执行机构主体设计26-28
• 2.6.2 电机的选择28-29
• 2.6.3 配件选型及滚刷轴设计29-30
• 2.7 传动机构设计30-31
• 2.8 凸轮机构设计31-33
• 2.9 装配设计33
• 2.10 样机的装配调试33-35
• 2.11 本章小结35-36
• 3 基于 Catia 和 Adams 运动学和动力学仿真36-48
• 3.1 Adams 软件简介36
• 3.2 传动机构及凸轮机构运动学仿真36-44
• 3.2.1 模型的假设与简化36-37
• 3.2.2 执行机构动作规划37-39
• 3.2.3 运动副及约束的施加39-40
• 3.2.4 仿真类型选择40-42
• 3.2.5 运动学仿真分析结果42-44
• 3.3 传动机构及凸轮机构动力学仿真44-46
• 3.3.1 接触力的测量45-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 有限元分析及优化48-70
• 4.1 HyperWorks 简介48
• 4.2 凸轮板静力学分析48-55
• 4.2.1 凸轮板网格创建48-51
• 4.2.2 凸轮板静应力分析51-52
• 4.2.3 工况一下的应力应变云图52-53
• 4.2.4 工况二下的应力应变云图53-54
• 4.2.5 工况三下的应力应变云图54-55
• 4.3 传动板静力学分析55-59
• 4.3.1 传动板网格模型创建56-57
• 4.3.2 传动板静应力分析57-58
• 4.3.3 工况下的应力应变云图58-59
• 4.4 装置固定架静力学分析、模态分析和拓扑优化59-64
• 4.4.1 装置固定架静应力分析59-60
• 4.4.2 应力应变云图60-61
• 4.4.3 模态分析61-63
• 4.4.4 拓扑优化63-64
• 4.5 执行机构固定座静力分析以及拓扑优化64-68
• 4.5.1 静力分析64-65
• 4.5.2 应力应变云图65-67
• 4.5.3 拓扑优化67-68
• 4.6 本章小结68-70
• 5 自动控制系统设计70-78
• 5.1 除尘动作控制70-72
• 5.2 检测及自动控制72-76
• 5.3 自动控制总系统76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 6 数据测定78-88
• 6.1 测试条件78-79
• 6.2 测试内容及方式79-80
• 6.3 测试数据80-87
• 6.3.1 开路电压、闭路电流测试数据80-84
• 6.3.2 装置电流及电压数据84-87
• 6.4 结论87
• 6.5 本章小结87-88
• 7 总结88-90
• 7.1 结论88-89
• 7.2 工作展望89-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-96
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果96-97

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