案例 | 利用 item 型材技术清洁太阳能电池板

2023年11月15日

西非的塞内加尔拥有得天独厚的自然条件，非常适合使用光伏系统。这里阳光充足，波动较小。白天日照时间长，而早晨和黄昏则很短。而且这里的太阳高度角大，阳光到达地面近乎直射，这意味着即使是水平铺设的光伏电池也能实现较高的转换效率。但是，作为塞内加尔能源结构不可忽略的一部分，太阳能发电却存在一个巨大的隐患——来自撒哈拉沙漠的灰尘。无数的矿物灰尘颗粒在东北信风的裹挟下越过撒哈拉来到塞内加尔。每年，太阳能电池板上都会集聚大量灰尘(约 200 克/平方米)，导致太阳能园区的发电量至少减少 20%。

到目前为止，清洁太阳能电池板的方法都不尽如人意——这些方法要么难以操作，要么无法持续。因此，来自德国汉堡应用科学大学(HAW Hamburg)的学生团队开发了一种清洁太阳能电池板的全新系统，并且该项目是他们的学士学位项目(通过研究项目完成学士学位)。该系统的名称为“SeneSet”，由塞内加尔的英文 Senegal 的前四个字母加单词 Set 组成。在塞内加尔最常用的沃洛夫语(Wolof)中，“set”的意思是“清洁”。学生团队的指导老师是来自德国汉堡应用科学大学机械工程和生产管理(IKP)系负责机械工程和 CAD 的 Anna K. Usbeck 教授。目前，学生们正使用 item 装配组件系统搭建系统原型。装配组件系统具有众多优势，包括端到端模块化设计以及轻便灵活的型材技术。

创建节省时间和资源的清洁解决方案

多年来，Usbeck 教授一直专注于在塞内加尔研究可持续能源发电，尤其是光伏发电。从开始研究的那刻起，她就清楚地知道：“在清洁太阳能电池板时，我们要使用全新的定制技术。而且这项技术必须经济实惠、易于维护，并能适应特殊的自然条件。”目前清洁太阳能电池板主要有两种方法：一种是使用带有长杆(长达几米)的手动清洁设备，另一种是使用配有刷子和水的柴油拖拉机。但是，这两种系统要么难以操作，要么无法持续。相比之下，来自德国汉堡应用科学大学的学生团队开发的新型清洁解决方案不但效率高，还能节省资源。德国学术交流中心(DAAD)还为这一创新型项目提供了约 50,000 欧元的资金支持。

SeneSet 的框架约 6 米长、1.5 米宽，由 item 提供的型材搭建而成。

SeneSet 的框架约 6 米长、1.5 米宽，由 item 型材搭建而成。整个系统由八个带脚轮的小型运动装置支撑。借助下面的脚轮，SeneSet 系统能在不同的太阳能电池板之间来回移动。由于各种原因，这里无法使用机器人解决方案，因为机器人解决方案有各种技术限制，比如清洁机器人要在电池板表面独立导航进而自行移动，因此需要使用额外的传感器技术。但是，传感器技术通常会因灰尘集聚和材料腐蚀出现故障。此外，它还需要配备复杂的控制系统。而且自主移动机器人在太阳能电池板表面移动时不仅过程复杂，而且速度缓慢，这与太阳能电池板铺设的角度密切相关。最重要的是，SeneSet 系统将在塞内加尔进行生产。“因此，我们想尽量减少不能在当地生产并由当地工程师安装的零部件。”Usbeck 教授解释说。

数据说明一切——只需 20 个小时而不是 174 个小时

借助曲柄传动装置，SeneSet 系统中带旋转滚轮的部分在移动时与行进方向成直角，即沿框架的纵向方向移动，这样刷子就能清除灰尘。如果要从一排太阳能电池板移动到另一排太阳能电池板，系统需要抬升并重新定位。整个系统既可以手动驱动，也可以使用大功率电动螺丝刀驱动。目前，该团队正在研究更多优化措施，他们希望能确保螺丝刀尽可能长期地工作。他们还要确认最适合清洁工作的刷子类型。在不久的将来，他们会在测试站尝试配有不同刷子以及橡胶或织布的湿式和干式清洁系统。通过这种方法，清洁模块就可以轻松更换，未来也能使用不同的清洁材料。不过，目前的数据已经说明了一切：对于塞内加尔 Diamniadio 太阳能园区的 6960 块太阳能电池板来说，如果采用传统的手动清洁方式，需要漫长的 174 个小时。而使用 SeneSet 系统，只需要 20 个小时。

* 借助 item 铝型材技术，框架结构不但适应性强，而且轻便灵活。

使用 item 型材技术在塞内加尔进行实地测试

“在德国汉堡应用科学大学，我们经常使用 item 型材技术，因为它们不仅轻便灵活，还可以根据我们的需要定制长度。对于高级工程项目和搭建原型来说，它们是非常理想的选择。在项目的不同阶段，我们总要进行一些调整，借助紧固件可以轻松地实现。”Usbeck 教授告诉我们。此外，Usbeck 教授对 item 型材技术的另外两大优点也记忆犹新——结构坚固且轻便灵活。一开始，他们使用的是 30 x 30 毫米的型材。但是，由于型材长达 6 米，框架出现了轻微的变形。因此，他们对设计进行了相应的调整。现在，他们使用的是 60 x 30 毫米的型材，有效避免了框架变形。而且型材上安装的是 item 的脚轮，而不是以前使用的滑板轮。2023 年 2 月，参加该项目的两位学生携 SeneSet 系统前往塞内加尔。他们将太阳能电池板清洁系统进行拆卸并装进集装箱以便空运。第一次实地测试是在塞内加尔 Diamniadio 太阳能园区(装机容量 2 兆瓦)进行的，该园区距离塞内加尔达喀尔(Dakar)以东直线距离约 30 公里。在整个过程中，德国汉堡应用科学大学都与距离塞内加尔 Diamniadio 不远的达喀尔高等理工学院(ESP in Dakar)保持密切联系。“我们还要进行一些优化，但毋庸置疑，SeneSet 系统非常高效。”Usbeck 教授对测试结果给予了积极的评价。

来自塞内加尔的学生对 item 提供的产品和服务印象非常深刻，他们直接在结构中使用了 item 型材技术。事实证明，技术才是全球通用的语言。

塞内加尔之行结束后不久，来自达喀尔高等理工学院的讲师和硕士生对德国汉堡应用科学大学进行了回访，并在那里停留了两个月。这些年轻的参观者也开始进行设计开发。Usbeck 教师告诉我们，这是他们第一次接触 item 型材。“来自塞内加尔的学生对 item 提供的产品和服务印象非常深刻，他们直接在结构中使用了 item 的型材技术。事实证明，技术才是全球通用的语言。”学生们选择了 40 x 40 毫米的型材，它比 30 x 30 毫米的型材更加坚固。而且它的槽轨更宽，可以插入 item 支架型材。这一点至关重要，因为塞内加尔学生开发的清洁系统使用的传动装置不是同步皮带，而是由电机通过清洁滑块上的链轮进行驱动。在设计框架时，学生们直接使用了免费的 item Engineeringtool 在线工具。现在，学生们共设计了三种基于 item 产品的清洁系统，它们各有不同又相互竞争。不久之后，他们将通过内部比赛决出真正的获胜团队。项目结束后，最理想的状态是形成一个可以直接上市的解决方案，然后再有一家初创公司，帮助塞内加尔实现能源转型的目标。

* 到了塞内加尔之后，学生们检查了材料情况(左)，并重新组装结构(右)

相互支持并共同致力于能源转型

SeneSet 系统并不是德国汉堡应用科学大学与塞内加尔达喀尔高等理工学院的唯一合作项目。“共同致力于可再生能源教育(CO2FREE)”也得到了德国学术交流中心的资助。目前双方合作的重点是在达喀尔高等理工学院开发可再生能源学士学位课程。“我们希望课程的设置能直接反映工业领域的要求。我们也在研究相关的问题，比如要设置哪些课程才能确保毕业生能满足太阳能行业或氢技术行业公司的工作要求。这些领域发生了翻天覆地的变化。”汉堡应用科学大学 CO2FREE 项目经理 Imke Rieken 说道。塞内加尔与德国面临的挑战完全不同。塞内加尔人口平均年龄约为 18 岁，而德国已进入老龄化，正在努力解决技能短缺的问题。与此同时，塞内加尔大学教育的水平也要进一步提高。因此，双方合作的潜力是巨大的。“我们可以携手合作，共同推动能源转型。我们希望下一代能放眼全球，共同致力于未来的发展。”Usbeck 教授强调说。