太陽能電池板表面積灰模型仿真研究

皇甫亞波，杭魯濱，秦偉，沈鋮瑋，王君（上海工程技術大學機械工程學院，上海　201620）

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太陽能電池板表面積灰模型仿真研究

皇甫亞波，杭魯濱，秦偉，沈鋮瑋，王君
（上海工程技術大學機械工程學院，上海201620）

摘要：太陽能電池板表面灰塵顆粒的沉積嚴重制約著光伏發電效率，降低了電池板的使用壽命。提出建立灰塵與電池板間耦合關系以及計算清除灰塵作用力的方法；提出3條接觸模型等價性假設，并基于離散元與彈塑性理論建立灰塵顆粒與電池板及灰塵顆粒間的力學模型；利用EDEM軟件的Hertz-Mind1in with JKR Cohesion模型，仿真模擬電池板表面灰塵分布情況，預測清洗電池板的清洗力大小及清洗區域；分析電池板傾角、風向與電池板和顆粒間作用合力即清洗力的對應關系；為所研制電池板表面積灰清除機器人的清洗力和清洗周期確定提供理論依據。

關鍵詞：太陽能電池板；離散元；力學模型；清洗力

Project SuPPorted bY the Nationa1 Natura1 Science Foundation of China（NFS51475050）；Science and Techno1ogY Commission of Shanghai MuniciPa1itY（12510501100）；Techno1ogica1 Innovation Program of SUES（E1-0903-14-01013）and（E1-0903-14-01016）.

KEY W0RDS：so1ar Pane1s；discrete e1ement；mechanica1 mode1；c1eaning-force

隨著石化能源的不斷開采和利用，化學能源日益緊張；可再生能源-太陽能，由于其無污染且資源豐富，各國都將其作為傳統能源替代物，大力開發太陽能發電系統。太陽能發電系統運行時，會受到周圍環境中灰塵的影響，如圖1所示，致使電池板透光率降低，嚴重影響發電效率。

圖1　電池板表面積灰示意圖Fig. 1 Diagram of dust deposition on the surface of solar panels

國內外針對灰塵對電池板發電效率的影響做了大量研究，其中文獻［1］得出電池板輸出功率隨著其表面積灰量的增大不斷降低，當積灰量為5.65 g/m2時，功率損失達到15.2%。文獻［2-3］得出灰塵不僅對太陽能組件功率影響很大，而且致使其發電效率大大降低。……