小型定时太阳能水泵的设计及应用

　摘要：主要设计了一种基于单片机编程的定时控制太阳能水泵装置，利用其实现了太阳能
装置定时自身清洗的功能，在阳光充足、干燥少雨的广大中西部地区可有效提高太阳能的综
合利用率。

 

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　　关键词：定时 光伏效应 太阳能水泵
　　

1、背景

　　早在

1839 年，法国科学家贝克雷尔就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生

“

”

“

”

电位差，这种现象后来被称为 光生伏特效应 ，简称 光伏效应 。

1954 年，美国科学家恰

宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为
电能的实用光伏发电技术

[1]。20 世纪以来，世界范围的污染问题日益严重，传统的能源随

着开采越来越少，这个时候，由于新能源（可再生能源）具有清洁无污染和取之不尽、用之
不竭的特点，许多国家都将目光投向这种新能源形式。要实现能源的可持续利用，发展新能
源、提高能源利用效率、减少对传统能源的依赖是人类发展的必然选择

[2]。丰富的太阳能是重

要的能源，是无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达

80

万 千 瓦 ， 假 如 把 地 球 表 面

0.1% 的 太 阳 能 转 为 电 能 ， 转 变 率 5% ， 每 年 发 电 量 可 达

5.6×1012 千瓦小时，相当于世界上能耗的 40 倍[3]。
　　由于太阳能的这些独特优势，

20 世纪 80 年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范

围日益广阔、市场规模也逐步扩大。

20 世纪 90 年代光伏发电快速发展。到 2008 年全球太阳

能安装总量已累计达

15 GW。美国为最早制定光伏发电发展规划的国家，1997 年又提出 

百万屋顶计划，

[4]其他国家也都有相应的太阳能利用计划。我国中西部广大地区，阳光资源

丰富，可建设多个太阳能发电站，但是充分利用当地太阳能资源的同时也面临着一个问题，
由于当地频繁的风沙天气使长期暴露在外的太阳能电池板、集热管表面积聚了厚厚的灰尘，
这不仅仅降低了太阳能的利用率，也对装置本身的寿命带来威胁。于是我们想能否设计一套
清洗装置，用本身光伏发电提供的电力驱动其工作，通过电路控制部分使其自动的对光伏板，
集热管进行清洗，并将污水实现再循环利用，以此来解决上述出现的问题。
　　

2、主要研究思路

　　本课题组考虑到光伏电池有着广泛的应用，并且主要暴露于尘埃中，而尘埃会破坏地球
上的太阳能设备，例如，阿联酋的一个大型

10 兆瓦太阳能发电厂就因为沙尘暴而使电力生

产减少了

40%，而清洗电池板会花费大量时间，需要昂贵的自动设备，并且消耗大量水。因

此，课题组提出了设计一套装置利用光伏发电本身带动一微型水泵，进行光伏板及太阳能热
水管等设备的定时清洗装置。
　　本设计主要目的是解决在系统运行过程中定时控制的问题以及水循环再利用的管路问题。
思路如下：
　　（

1）定时控制部分：

　　作为整套设备的关键，定时系统可以采用模拟线路或者单片机控制两种方法

[5]，根据

实际情况，本课题组设计了一套单片机控制系统，专门根据不同地域不同需求设计了三套定
时工作模式。

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