應(yīng)用ARIZ方法解決減少光伏組件清洗后殘留水的問題

韓宏偉

(1.青海天創(chuàng)新能源科技有限公司，西寧　810003；2.武漢大學 信息管理學院，武漢　430072)

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應(yīng)用ARIZ方法解決減少光伏組件清洗后殘留水的問題

韓宏偉1，2

(1.青海天創(chuàng)新能源科技有限公司，西寧810003；2.武漢大學 信息管理學院，武漢430072)

應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新方法——TRIZ理論中ARIZ方法的功能模型、因果分析、沖突區(qū)域確定、“擴大問題”描述等方法，分析了減少光伏組件清洗后殘留水問題，并用分析問題模型、擴展物質(zhì)-場資源、應(yīng)用知識庫等方法得出2個可行性較強的方案。

ARIZ方法；功能模型；小人法；效應(yīng)；光伏組件；清洗

隨著并網(wǎng)光伏電站的大量安裝，上萬塊太陽能組件排列于光伏電廠中。光伏組件的清潔度是影響發(fā)電量的一大主要因素，組件的清洗成了光伏電站維護的一項重要工作[1-5]。然而，光伏電站大多安裝在高海拔、高嚴寒、風沙大的戈壁灘，如組件清洗完后的殘留水未能完全處理，會造成沙土粘附在組件表面，在冬天清洗殘留水還會結(jié)冰，這些都會影響發(fā)電量和組件壽命。逐一清洗組件的殘留水，勢必消耗大量的人力、物力、時間，導致成本增加。如要降低成本，就得減少清洗時的用水量，而用水量的減少又會使組件清洗不干凈。

問題所在技術(shù)系統(tǒng)為光伏組件清洗；該技術(shù)系統(tǒng)的功能為清洗組件；實現(xiàn)該功能的約束有水、人力、物力、時間。圖1為現(xiàn)有組件清洗模型，用水清洗組件玻璃表面，使組件玻璃表面干凈。

圖1　現(xiàn)有組件清洗模型

當前技術(shù)系統(tǒng)存在的問題：用水清洗組件，水量太多，清洗完后組件玻璃表面殘留水太多，不容易處理，造成沙土粘附在組件表面，在冬天清洗殘留水還會結(jié)冰，這些都會影響發(fā)電量和組件壽命；如用水量減少，則組件清洗不干凈。問題出現(xiàn)條件：用大量的水清洗組件。問題發(fā)生時間：組件清洗完后?，F(xiàn)有解決方案：對清洗完后的組件玻璃表面吹風，使殘留水快速干掉。缺點：組件數(shù)量太多，影響清洗速度，增加清洗成本。新系統(tǒng)的要求：用水量少，殘留水少，處理方便，清洗干凈。

1　基于ARIZ的問題分析與求解

1.1問題的分析與表述

1.1.1建立系統(tǒng)功能模型

圖2為系統(tǒng)功能模型[6]，描述了系統(tǒng)元件及其之間的相互關(guān)系，并得出導致組件(玻璃)附著水問題的功能因素。

在建立的功能模型中選擇目標問題(如A和B之間的附著有害)：水沖洗組件，是標準作用；組件附著水，是有害作用。圖3為物質(zhì)-場模型[7]。

圖2　系統(tǒng)功能模型

圖3　物質(zhì)-場模型

1.1.2因果分析

應(yīng)用因果鏈分析法確定產(chǎn)生問題的原因，見圖4。

圖4　因果鏈分析

1.1.3沖突區(qū)域確定(問題關(guān)鍵點確定)

問題關(guān)鍵點1：清洗組件，用水少，清洗不干凈；用水多，殘留水難處理。

縮小問題為：不增加資源，在系統(tǒng)中的元素保持不變或稍變復(fù)雜情況下，得到的解為組件的玻璃表面制造得更光滑些，不易殘留灰塵，也不留水。

1.1.4“擴大問題”描述

通過擴大分析問題的角度來擴大描述本文問題，得出替代問題描述，如表1所示。

表1　擴大問題描述

1.2分析問題模型

以“清洗組件用水量既多又少”為入手點解決問題。

1.2.1定義2個技術(shù)沖突 TC1和TC2

技術(shù)沖突定義如圖5[8]所示。

1.2.2技術(shù)沖突解決過程

沖突描述：為了“改善組件清洗”系統(tǒng)的“清洗效果好”，需要“用多量水進行清洗”，但這樣會導致系統(tǒng)的“清洗完后殘留水不好處理”。

轉(zhuǎn)換成TRIZ標準沖突。改善的參數(shù)：NO.31 物體產(chǎn)生的有害因素；惡化的參數(shù)：No.39 生產(chǎn)率、No.27 可靠性。

查找沖突矩陣，得到如下發(fā)明原理：No.24中介物、No.2分離、No.40復(fù)合材料、No.39惰性環(huán)境、No.22變有害為有益、No.35參數(shù)變化、No.18震動。

方案1依據(jù)No.24發(fā)明原理中介物，得到解:給組件玻璃表面涂一層納米材料，納米涂層對水附著力很小，殘留水容易流走。

方案2依據(jù)No.40發(fā)明原理復(fù)合材料，得到解：用酒精代替水來清洗組件，殘留酒精易揮發(fā)。

方案3依據(jù)No.40發(fā)明原理復(fù)合材料，得到解：用泡沫清洗組件，清洗完后，泡沫揮發(fā)。

方案4依據(jù)No.35發(fā)明原理參數(shù)變化，得到解如下：用高壓的氣態(tài)水氣來清洗組件，不殘留水。

方案5依據(jù)No.18發(fā)明原理震動，得到解:用超聲波震動來清洗組件，不殘留水。

方案6依據(jù)No.24發(fā)明原理中介物，得到解:組件中封裝電熱膜(發(fā)熱膜)，從內(nèi)部發(fā)熱烘干殘留水。

技術(shù)沖突(TC1)IF 用水量少(C+)THEN 清洗完后殘留水好處理(A1)BUT 清洗不干凈(B2)技術(shù)沖突(TC2)IF 用水量多(C-)THEN 清洗效果好(A2)BUT 清洗完后殘留水不好處理(B2)TC選擇ARIZ要求使沖突尖銳化,而不是緩和沖突,建議選擇如何去加強有用功能的沖突,而不去選擇如何減少數(shù)有害的沖突。選擇TC2

圖5技術(shù)沖突定義

1.3利用擴展物質(zhì)-場資源

1.3.1使用“小人法”進行建模[9]

1) 明確改進目標。改進目標：清洗完組件后的沒有殘留水。

2) 確定操作區(qū)域(OZ)。操作區(qū)域：組件表面。

3) 構(gòu)造情景并以“小人”表達當前問題雙方之間的作用狀態(tài)。在清洗組件時，水人把組件小人上的灰塵小人清洗掉了；當清洗完成后，有水小人殘留在組件小人上了。小人法模型如圖6所示。

圖6　小人法模型

4) 以“小人”構(gòu)想達到目標的情景形式。在清洗完后，組件小人不抓水小人，并推走水小人。

5) 構(gòu)想達到目標情景時應(yīng)提供“小人”需要的條件。組件小人需要推力或者彈力推走水小人。

6) 構(gòu)想達到目標情景時“小人”需要的改變。情景1：組件小人能動，抖掉水小人。

7) 走出情景在現(xiàn)實中尋找替代“小人”的工程方案。組件可以旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動到面朝下，水受重力而脫落。

方案7更改組件支架，組件可以翻轉(zhuǎn)，倒掉殘留水。

1.3.2采用標準解解決問題

根據(jù)所建問題的物質(zhì)-場模型，應(yīng)用標準解解決問題的流程，得到標準解為：No.12 加入新場去除有害作用；No.9標準解加入新物質(zhì)去除有害作用。依據(jù)選定的標準解，得到問題的解決方案：

方案8依據(jù)第1.2類標準解No.12加入新場去除有害作用，得到問題的解:用熱風吹清洗完的組件，使殘留水容易干掉。

方案9依據(jù)第1.2類標準解No.12加入新場去除有害作用，得到問題的解:給電爐絲通電，從組件表面烘干殘留水。

方案10依據(jù)第1.2類標準解No.9加入新物質(zhì)去除有害作用，得到問題的解:預(yù)先在組件出廠時給組件貼保護膜，組件臟了可撕掉保護膜。

方案11依據(jù)第1.2類標準解No.9加入新物質(zhì)去除有害作用，得到問題的解:預(yù)先在組件出廠時給組件貼保護膜，保護膜很光滑，或為類似于納米衣服的材質(zhì)，使組件不粘附殘留水。

方案12依據(jù)第1.2類標準解No.12加入新場去除有害作用，得到問題的解:用粘貼膜粘走組件表面的灰塵或者殘留水。

1.4應(yīng)用知識庫

1.4.1效應(yīng)

確定問題要實現(xiàn)的功能：“疏水”(動詞+名詞)。

查找效應(yīng)知識庫，得到可用的效應(yīng)為“蓮葉(荷葉)效應(yīng)”(可以有多個效應(yīng))[10]，依據(jù)該效應(yīng)得到問題的解決方案：

方案13依據(jù)“蓮葉(荷葉)效應(yīng)”，得到解：應(yīng)用荷葉玻璃封裝電池組件。

1.4.2解決物理沖突

沖突描述[11]：為了“組件清洗干凈”，需要“水量多”為“正”，但又為了“殘留水好處理”，需要“水量少”為“負”，即 “水”既要“多”又要“少”。

考慮到“水”在不同的“時間”(空間上、時間段、不同條件下、系統(tǒng)層次上)具有不同的特性，因此該沖突可以從“時間”(空間、時間、條件、整體與部分)上進行分離。

查找與該分離原理對應(yīng)的發(fā)明原理有“No.34拋棄與修復(fù)、No.18震動”。根據(jù)選定的發(fā)明原理，得到解決方案“

方案14依據(jù)No.34發(fā)明原理拋棄與修復(fù)，得到解:用超吸水材料(海綿)吸走殘留水。

2　創(chuàng)新解的評估

依據(jù)上面得到的若干創(chuàng)新解，通過技術(shù)、成本等因素的評價，確定最優(yōu)解。

最終解1為方案1：用納米涂層涂在組件玻璃表面，納米涂層對水附著力很小，殘留水容易流走。

最終解2為 方案7：更改組件支架設(shè)計，支架驅(qū)動組件可以翻轉(zhuǎn)，倒掉殘留水。

根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展情況，這兩種方案實現(xiàn)成本不高，技術(shù)難度也不大，切實可行。

3　結(jié)束語

本文應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新方法——TRIZ理論中ARIZ方法的功能模型、因果分析、沖突區(qū)域確定、“擴大問題”描述等方法分析了減少光伏組件清洗后殘留水問題，并用分析問題模型、擴展物質(zhì)-場資源、應(yīng)用知識庫等方法得出14種方案，從中得到2個可行性較強的方案。

[1]韓濤,龔恒翔,周康渠,等.國內(nèi)光伏組件除塵專利技術(shù)比較研究[J]. 重慶理工大學學報(自然科學),2015,29(8):65-69.

[2]丁麗萍,李文靜,帥傳敏.公眾太陽能光伏發(fā)電采納意愿的差異分析[J]. 西南大學學報(自然科學版), 2015,37(5).

[3]巫江,龔恒翔,朱新才,等.光伏組件自動除塵裝置設(shè)計與研究[J]. 重慶理工大學學報(自然科學),2014,28(3):92-97.

[4]陳名勝,汪飛,阮毅. 光伏水泵系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 電機與控制應(yīng)用, 2015, 42(11):47-55.

[5]龔恒翔,巫江,謝瑛珂,等.光伏組件最優(yōu)化除塵方案設(shè)計原則分析[J]. 重慶理工大學學報(自然科學),2013,27(6):58-60.

[6]穆榮平,楊利鋒,藺潔.創(chuàng)新系統(tǒng)功能分析模型構(gòu)建及應(yīng)用[J].科研管理,2014(3)：1-7.

[7]王秋月,楊伯軍,段秀玲.基于物質(zhì)-場模型及相似性的標準解重新分類研究[J].工程設(shè)計學報,2015(6)：520-527.

[8]林岳.技術(shù)創(chuàng)新實施方法論DAOV[M].北京:中國科學技術(shù)出版社,2009:226-256.

[9]韓博.TRIZ理論中小人法應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與品牌,2014(11)：91-94.

[10]曹國忠,檀潤華，張瑞紅.基于效應(yīng)的概念設(shè)計過程模型研究[J].中國機械工程,2005(9)：823-827.

[11]董鵬舉,劉洋,張春林.物理沖突的解決原理在注塑機設(shè)計中的應(yīng)用[J].廣東科技,2015(12)：32-33.

(責任編輯劉舸)

To Solve the Problem of Reducing Photovoltaic Modules Residual Water After Cleaning with ARIZ Method

HAN Hong-wei1,2

(1.Qinghai Tech-Creation Renewable Energy Co., Ltd.，Xining 810003, China;2.School of Information Management, Wuhan University，Wuhan 430072, China)

Technology innovation methods, including ARIZ in TRIZ theory method of function model, causal analysis, the determination of conflict zones, “to expand problem” methods of description, were used to analyze problems of reducing photovoltaic components after cleaning residual water, and two relative feasibility solution were obtained by using the analytic model, extension-material resources, application field knowledge base methods and so on.

ARIZ method; function model; SIMS method; effect; photovoltaic modules; cleaning

2016-05-12

韓宏偉(1983—)，男，陜西寶雞人，工程碩士研究生，助理研究員，二級創(chuàng)新工程師，主要從事創(chuàng)新方法和新能源應(yīng)用研究,E-mail：315626168@qq.com。

format：HAN Hong-wei. To Solve the Problem of Reducing Photovoltaic Modules Residual Water After Cleaning with ARIZ Method[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(9):73-77.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.09.012

TK514

A

1674-8425(2016)09-0073-05

引用格式：韓宏偉.應(yīng)用ARIZ方法解決減少光伏組件清洗后殘留水的問題[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2016(9):73-77.