[0001] 本实用新型属于能源与环保技术领域，涉及一种表面自清洁系统，尤其是涉及一种基于风向积灰监测的表面自清洁系统。

[0002] 随着能源危机问题的加剧，环境污染形势的日益严峻，光伏发电越来越受到人们的重视。光伏发电具有可再生、绿色环保等优势，是促进我国可持续发展的关键。但是，太阳能光伏板表面易沾染灰尘，长期积灰易造成发电效率的急剧下降，同时也会造成热斑效应等问题，缩短太阳能板寿命。所以，为了提高发电效率、延长太阳能板寿命，需要对太阳能板进行定时高效的除尘。

[0003] 现有的太阳能板清洁方式主要有人工清洁和机械式清洁等方式，但是两者普遍存在效率低、效果差、耗时长、运行不便、损伤表面等问题。更重要的是，西北地区光伏发电站环境恶劣，大量的扬尘以及强烈的紫外光线容易对人体造成不可逆转的伤害。

[0004] 因此，尽快开发出一种能取代人力进行除尘的高效率、非接触式的自动化设备，提高光伏电站的发电效率，降低工人身体受损伤的风险，是所属领域的科技工作者共同面临的重要课题。实用新型内容

[0005] 为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种基于风向积灰监测的表面自清洁系统，能够在荒漠等环境恶劣地区采集环境、积灰情况等信息，自动对太阳能板进行清灰工作，保证了整个光伏电站的稳定可靠运行；本实用新型在太阳能板表面积灰达到一定程度时，该装置能够结合周围环境的实际情况，利用复合动力高效除尘，实现了清洁的自动化，降低人身伤害，提高发电效率。

[0006] 本实用新型采用的技术方案为：

[0007] 一种基于风向积灰监测的表面自清洁系统，所述系统包括风速仪、风向仪、摄像头、太阳能光伏板和箱体，所述风速仪、风向仪分别设置在箱体两侧，所述摄像头设置在太阳能光伏板上，所述太阳能光伏板由主轴支撑，所述主轴由驱动电机驱动，所述驱动电机设置在箱体内；所述太阳能光伏板表面设置有导电玻璃，所述导电玻璃表面设有电极。

[0008] 通过风速仪、风向仪可以准确地向系统传输周围环境的风速风向信息；通过摄像头，保证了传递积灰情况的可靠性。由驱动电机驱动主轴传递扭矩给太阳能光伏板，传动结构简单，操作快捷方便，易于实现所需要求。

[0009] 所述导电玻璃通过湿法刻蚀方法制成，并直接加工于光伏板表面，与光伏板表面贴合；所述电极通过湿法刻蚀方法刻蚀在导电玻璃表面。

[0010] 作为优选，所述箱体包括顶板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板，所述风速仪、风向仪与箱体底板固定连接。

[0011] 作为优选，所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板上分别设有相应的散热孔。

[0012] 作为优选，所述风向仪、风速仪、摄像头分别与单片机相连接，所述单片机设置在箱体内。

[0013] 作为优选，所述摄像头设置在太阳能光伏板顶部。便于对光伏板表面积灰图像进行采集。

[0014] 作为优选，所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极平行设置。

[0015] 作为优选，所述驱动电机为57两相步进电机。利用其脉冲稳定，旋转角度正比于脉冲数的特点，可以将每步的精度控制在3％～5％，精确地将太阳能光伏板旋转到所需位置。

[0016] 作为优选，所述单片机为STM32单片机。

[0017] 本实用新型的有益效果是：

[0018] (1)本实用新型增强了清灰的实时准确性，实现了清灰的快速高效性，进一步提高了太阳能光伏板的发电效率；

[0019] (2)本实用新型能够在荒漠等环境恶劣地区采集环境、积灰情况等信息，自动对太阳能光伏板进行清灰工作，实现了荒漠地区太阳能光伏板的自动除尘，有效减少了恶劣环境对工作人员造成的伤害。

[0026] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型所要保护的范围并不限于此。

[0027] 参照图1～6，一种基于风向积灰监测的表面自清洁系统，所述系统包括风速仪1、风向仪2、摄像头3、太阳能光伏板4和箱体，所述风速仪1、风向仪2分别设置在箱体两侧，所述摄像头3设置在太阳能光伏板4上，所述太阳能光伏板4由主轴5支撑，所述主轴5由驱动电机6驱动，所述驱动电机6设置在箱体内；所述太阳能光伏板4表面设置有ITO导电玻璃13，所述ITO导电玻璃表面设有电极；所述ITO导电玻璃13通过湿法刻蚀方法制成，并直接加工于太阳能光伏板4表面，与太阳能光伏板4表面贴合；所述电极通过湿法刻蚀方法刻蚀在导电玻璃表面。

[0028] 通过风速仪、风向仪可以准确地向系统传输周围环境的风速风向信息；通过摄像头，保证了传递积灰情况的可靠性；由驱动电机驱动主轴传递扭矩给太阳能光伏板，传动结构简单，操作快捷方便，易于实现所需要求。

[0029] 所述箱体包括顶板7、前侧板8、后侧板9、左侧板10、右侧板11和底板12，所述风速仪1、风向仪2与箱体底板12固定连接。

[0030] 为了更好的实现智能避灰，所述前侧板8、后侧板9、左侧板10、右侧板11上分别设有对应的散热孔。

[0031] 箱体采用厚亚格力板制造，采用激光切割的工艺，耐酸碱性能好、自重轻、寿命长，加工精度高，箱体主要用于固定带座轴承、放置驱动电机、单片机、电源等。

[0032] 所述风向仪1、风速仪2、摄像头3分别与单片机相连接，所述单片机设置在箱体内，所述单片机为STM32单片机。系统工作时，当风速大于所设阈值时，风向仪检测数值发送给单片机，单片机通过控制步进电机6进行智能避灰，调整太阳能板方向使其与风向平行。

[0033] 所述摄像头3设置在太阳能光伏板4顶部，便于对光伏板表面积灰图像进行采集。

[0034] 所述电极包括第一电极14和第二电极15，所述第一电极14和第二电极15平行设置。将上述电极连接到单相交流电源上，可产生驻波交流电场，在电场的作用下，灰尘粒子向上起跳，不再与太阳能板光伏板表面接触。考虑到轻度等级风力(0-3级)不会造成地表扬尘且能为起跳颗粒提供足够水平动力，当风向与颗粒运动方向一致时，能借助风力更快速、有效使灰尘脱离太阳能板，从而达到高效除尘的目的。

[0035] 所述驱动电机为57两相步进电机，利用其脉冲稳定，旋转角度正比于脉冲数的特点，可以将每步的精度控制在3％～5％，精确地将太阳能光伏板旋转到所需位置。

[0036] 本实用新型用于采集风速信息的风速仪1、用于采集风向信息的风向仪2、以及用于监测太阳能光伏板积灰情况的摄像头3可以形成能监测子系统。

[0037] 太阳能光伏板表面积灰监测原理为：

[0038] 建立光伏组件表面积灰程度评价模型，利用积灰后光伏组件表面温度场不均匀分布的特性，使用图像识别技术进行积灰检测。定期采集光伏组件图像，并对其进行预处理，基于改进的算法识别检测光伏组件表面积灰区域，并用灰度方差法对光伏组件表面积灰的程度进行评价。积灰光伏组件图像预处理包括滤波降噪、图像增强和图像分割，分别采用中值滤波、分段线性变换，最大类间方差法。针对现有积灰检测图像识别技术准确率不高的问题，借鉴图像清晰度评价方法，提出利用图像像素间的灰度差值和梯度这一特征对积灰情况进行评价。采用梯度方法，将灰度变化作为积灰程度评价的依据，灰度变化越大说明图像越不均匀，积灰程度越高。

[0039] 本实用新型的光伏板4、主轴5、驱动电机6和箱体设置，可以形成智能避灰子系统，通过太阳能光伏板可转动设计，将驱动电机的转动传递给太阳能光伏板，调整太阳能光伏板朝向，在智能监测的环境下实现太阳能光伏板方向与风向平行，减少大风带来的落灰，实现智能避灰的目的，同时提高装置的稳定性。

[0040] 本实用新型ITO导电玻璃13和第一电极14、第二电极15的设置，可以形成复合动力除尘子系统，将整齐排列的平行电极14、15连接到单相交流电源上，产生驻波交流电场，利用静电力和自然风力联合除去太阳能光伏板面上的积灰，提高太阳能光伏板板的发电效率。

[0041] 本实用新型的工作原理为：

[0042] 使用时，先将系统装置置于荒漠地区的平整地面，打开各部分供电电源。在无风且太阳能光伏板面清洁的情况下，系统不工作，太阳能光伏板正常发电。在风速超过一定等级(超过设定阈值)，输沙率显著提升的情况下，控制系统中的单片机接收到风速风向传感器的信息，转换为控制驱动电机旋转角度的输出信息，使得太阳能光伏板侧面与风向平行，减少大风带来的落灰，达到智能避灰的目的，同时提高装置的稳定性。在太阳能光伏板面积灰达到一定程度的情况下，高压电源提供单相交流电给导电玻璃，利用静电力和自然风力联合除去板面积灰，提高太阳能光伏板的发电效率。

[0043] 本实用新型能够在荒漠等环境恶劣地区采集环境、积灰情况等信息，自动对太阳能板进行清灰工作。实现了荒漠地区太阳能光伏板的自动除尘，极大提高了太阳能光伏板的发电效率，减少了极端环境造成的人身伤害。

[0044] 本实用新型在设计时虽然针对的是在荒漠地区除尘的应用，但是该实用新型在其他领域也可有着非常广泛的应用。如：在解决了粘附性颗粒清除问题的基础上，该系统同样可以用到南方地区的光伏电站除尘中。此外，在技术条件允许的情况下，该表面自清洁系统还可以推广到高楼玻璃的清洁、工业机器的清灰中，降低人工清洁可能带来的安全隐患；推广到为制造某些精密仪器提供一个无尘环境，保证产品的高质量性；还有其他类似的各种方面，将智能自清洁推向工业、推向生活。

[0045] 以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，对本实用新型所做的任何形式上的变通和或改变都将落入本实用新型的保护范围。