[发明专利]用于从收集太阳能辐射的装置移除灰尘和其他颗粒污染物的设备和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及太阳能发电领域，更特别地，涉及一种用于避免或减小太阳能收集器被不期望的颗粒(例如，灰尘或其他污染物)污染的方法。更特别地，本发明的实施例涉及一种允许从太阳能辐射收集装置的表面移除不期望的颗粒的设备和方法。

背景技术

用于收集太阳能辐射的装置被空气中的灰尘或其他不期望的颗粒污染是太阳能发电的严重问题。这种颗粒的沉积将极大地降低太阳能装置的效率，因为它们减小能够到达太阳能辐射收集元件的光的量。灰尘或其他不期望的颗粒(下文中称作“灰尘”或“灰尘颗粒”)在CPV系统的光学窗口和光伏板、太阳能热力发电厂的聚光镜和管道以及其他类型的太阳能收集器和接收器上的累积导致由于光的吸收、反射或散射而产生的损失。根据位置和技术，能量输出的减少可能是非常高的，接近50％或更高。对于非常大面积的太阳能收集器，由于已知的“玷污”过程(通过灰尘颗粒与水(例如露水)在表面上的相互作用而产生的表面矿化现象)，它们的光学性能的降低可能变得几乎不可逆转。地球上放置太阳能发电机的最佳地区是干旱或半干旱区域，因为这些区域具有大量照射，但是不幸地是，这些区域也是具有最高平均浓度的灰尘和最高频率的沙尘暴的地区。自然地，在地球的其他区域中，灰尘也可能在太阳能电池板的表面上累积，减少能量输出。灰尘在太阳能收集器上的累积对于太阳能生产的经济性具有负面影响。因此，需要用于移除或避免太阳能收集器的表面被灰尘颗粒污染的方法。

一种传统的方法是使用水和/或机械元件如刷子定期地清洗太阳能收集器的表面。但是，水是稀缺且非常昂贵的资源，特别是在上面描述的太阳能收集器显示最佳效率的区域中。刷子也是不被期望的，因为它们可能例如通过划痕等导致太阳能收集器的表面的损害，再减小效率。还可能产生保修的问题。另外，这种传统的方法需要用于生成软化水的能量，为了避免水中的矿物质在表面上的沉积需要软化水来清洗太阳能电池板。此外，为了保持非常大的收集器区域的清洁，并由此保持能量损失在可接受的水平，需要大量的人力和时间。

因此，在本领域中，已经研究出用于允许从太阳能收集器的表面移除灰尘的进一步技术。一种方法是基于太阳能收集器的表面的电场的施加的非接触式方法。

就发明人所知，1999年在以色列登记了与用于保护太阳能收集器表面的电场的施加直接相关的第一专利(参见1999年8月17日授权的以色列专利号116489“Method and Apparatus for Dust Removal from Surfaces”，并参见2000年6月20日的美国专利6,076,216A“Apparatus for Dust Removal from Surfaces”)。在这个专利中描述了一种通过高压(HV)电场从太阳能收集器的表面移除灰尘的方法。已经考虑了表面及其上的电极系统的不同几何形状。还已经考虑了通过HV电势向电极馈电的多种方案。这些专利的前身是S.Masuda为颗粒材料的输送提出的“电子窗帘”系统(参见Masuda，S.，Fujibayashi，K.，Ishida，K.and Inaba，H.(1972)，Confinement and transportation of charged aerosol clouds via electric curtain，Electrical Engineering in Japan，92：43-52页，doi：10.1002/eej.4390920106)。Masuda的系统中的平行电极的馈电被组织成0-、1-、2-、3-等的相模式，作为行波。之后，通过US 2004/0055632A1提出相同的系统，称作“电动屏幕”(也参见Larry Greenmeier在2010年8月22日在“Scientific American”发表的文章“Self-Cleaning Solar Panels…”)，其中提出表面的半导体涂层。

但是，这些使用行波的方法是不利的，因为它们需要复杂的控制结构和供电元件用于允许沿着保持电极的透明薄膜的表面的行波的生成，行波是导致初始无电荷的颗粒的摩擦充电所需的。此外，透明膜的化学成分必须使得其上残留的静电电荷具有从膜表面到地的泄露路径，另外，膜必须具有足够高的电阻率以便电场可以穿透并提供颗粒输运。由此，不仅控制电路是非常昂贵的，这种方法也仅限于特定材料，这增加太阳能收集器的总成本。实施这种方法需要重新设计至少部分的光伏板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种允许从用于收集太阳能辐射的装置移除不期望的颗粒如灰尘或其他颗粒污染物的改进的方式。