[发明专利]用于使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法

说明书

用于自清洁物体的表面的系统和方法，其中电动屏障安装至物体的表面上。电动屏障包括在衬底顶上的一组或多组电极，覆盖在保护膜中至少一组或多组电极。将涂层施加至保护膜的顶表面上。信号脉冲发生器连接至一组或多组电极。信号脉冲发生器产生使一组或多组电极产生电场的脉冲信号。脉冲信号包括在连续信号之间具有相位差的多个不同的脉冲信号，以及电场使涂层顶上的颗粒经历静电力，并且被排斥离开涂层。这些脉冲信号(包括形状、振幅、位移和频率)可调谐为根据灰尘类型和相对湿度提高去除效率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月11日提交的第62/557,070号美国临时专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本公开大致涉及用于清洁太阳能电池板的设备。更具体地，本公开涉及使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法。

背景技术

在可再生能源领域中，使用太阳能电池板的太阳能发电已获得了广泛关注和增加的采用。现有太阳能电池板的主要挑战是由于灰尘和其它颗粒覆盖太阳能电池板而导致的输出功率的降低。太阳能电池板上的灰尘沉积可显著降低功率输出。减轻这个问题的标准方法是机械地清洁太阳能电池板，这需要使用水和人工劳动、或水和非常昂贵和容易出错的机器人。新兴的方法包括将疏水涂层或亲水涂层施加至太阳能电池板的玻璃表面上，以及使用机器人自动手动清洁。然而，反复的机械清洁会损坏太阳能电池板的玻璃表面，同时需要大量的水，而水在沙漠地区是一种稀缺商品。

进一步的方法包括使用电动屏障或“EDS”。EDS通过电极产生电场，该电场使太阳能电池板上的灰尘颗粒经受静电力，并被太阳能电池板排斥。为了解决在月球和火星上运行的车辆的太阳能电池板上的灰尘积聚问题，使用EDS已经引起了人们的兴趣。在月球的情况下，低重力、零磁场和硬真空环境允许EDS排斥灰尘颗粒。然而，由于地球的湿度水平和当前使用的电极材料的低透明度，在其当前实施方式中的EDS技术对于地面应用不实用。具体地说，由于湿气层的阻力，例如介电泳力、粘附力等，任何凝结在太阳能电池板表面上的湿气层都将屏蔽电场，并且也用作灰尘颗粒的捕集器。另外，利用当前的EDS系统，颗粒保留在电极边缘附近和电极顶部的中间位置。这些剩余的颗粒很难从太阳能电池板上排斥，即使具有额外的电场激励。湿气和灰尘的组合还会引起形成高粘性的灰尘“饼”，这不可能通过当前的EDS系统去除。

因此，在此公开的系统和方法通过设置用于自清洁的系统和方法来解决这些需求和其它需求，该系统和方法不需要水清洁或机械清洁，并且解决了上述湿气层问题。具体地说，在此公开的系统和方法利用控制水吸附的新颖的电极和绝缘体配置以及利用改进清洁效率并要求最小功耗的新颖的电脉冲发生器来解决这些需求和其它需求。

发明内容

本公开涉及使用电动屏障的自清洁太阳能电池板的系统和方法。该系统包括电动屏障(“EDS”)，其包括一组或多组电极、在电极上的保护膜、在保护膜顶上的涂层、以及在电极下方的衬底。电极和保护膜成形和设置为控制在电动屏障的表面上的水吸附。基底可为太阳能电池板的低铁钠钙玻璃盖，其是用于EDS应用的最合适类型的玻璃之一。脉冲信号发生器可产生给一个或多个电极组供电的脉冲信号。脉冲信号包括在连续信号之间具有相位差的多个不同的脉冲信号。脉冲信号可包括不同的波形、振幅和频率。如果需要，可通过前沿脉冲和后沿脉冲来增强脉冲信号。初始脉冲可提供可测量的力增加，以克服固定灰尘颗粒的静摩擦和惯性，并通过减小后续脉冲的振幅来减小消耗的净功率。可针对特定类型的灰尘来调节脉冲的组合。当连接至单个电极组时，脉冲信号发生器使用驻波信号模式产生电场。当连接至多个电极组时，脉冲信号发生器使用行波信号模式产生电场。通过给一个或多个电极组供电，EDS产生电场，该电场使涂层上的灰尘颗粒经受显著的静电力。与重力结合的静电力使得灰尘颗粒被排斥离开太阳能电池板。脉冲序列与顶部涂层的疏水特性相结合，从太阳能电池板上的灰尘饼中使尘粒松散，灰尘饼是由于湿气的存在而形成的。因此，在本发明中描述的EDS可清洁暴露于不同类型的灰尘和环境条件的太阳能电池板。

附图说明