《Renewable Energy》：Dual-axis solar tracking system with real-time weather-responsive self-cleaning mechanism for photovoltaic panels
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为解决光伏（PV）面板积灰导致发电效率下降的难题，研究人员开发了一种集成于双轴太阳能跟踪器（D.A.S.T）的实时天气响应自清洁机制。该研究通过利用降雨和风力等自然力，实现了无需额外能源或物理接触的自主清洁。实验结果表明，该系统在多种天气条件下均能有效清除灰尘，显著提升发电量，为大型光伏电站提供了一种低维护、高效益的清洁解决方案。
在追求绿色能源的浪潮中，太阳能光伏（PV）发电凭借其清洁、可持续的特性，正扮演着越来越重要的角色。然而，一个看似微小却影响巨大的问题——积灰，正悄然侵蚀着光伏电站的发电效率。灰尘、沙土、花粉等污染物在光伏板表面的沉积，会像一层“遮阳伞”一样阻挡阳光，导致发电量显著下降，严重时损失可达40%以上。对于大型光伏电站而言，这不仅是巨大的经济损失，更是对宝贵清洁能源的浪费。
传统的清洁方式，如人工清洗或机械刷洗，虽然有效，但往往伴随着高昂的人力成本、水资源消耗以及设备维护费用，尤其是在偏远或水资源匮乏地区，这些方法显得捉襟见肘。因此，开发一种能够自动、高效且低成本的清洁方案，成为了光伏行业亟待解决的痛点。
正是在这一背景下，来自科廷大学（Curtin University）的研究团队在《Renewable Energy》期刊上发表了一项创新研究。他们提出了一种“双轴太阳能跟踪系统集成实时天气响应自清洁机制”，巧妙地将太阳能跟踪器的运动功能与清洁需求相结合，让跟踪器不仅负责追光，还承担起“保洁员”的角色。
研究策略与方法
为了验证这一创新理念，研究团队设计了一套严谨的实验方案。他们构建了三套对比系统进行测试：第一套是集成了自清洁机制的双轴太阳能跟踪器（D.A.S.T Self-Cleaning），这是研究的核心；第二套是仅具备基本跟踪功能、没有自清洁机制的双轴跟踪器（D.A.S.T Basic），用于对比；第三套是固定倾角系统（F.A.S），作为性能评估的基准。
该自清洁机制的核心在于其智能化的控制逻辑。系统通过传感器实时监测降雨、风速和风向。一旦检测到下雨，系统便会启动清洁程序。它会根据风速大小采取不同的策略：在低风速（<1 m/s）条件下，系统会将光伏板调整至水平（0°），让雨水在表面聚集，浸泡并软化污垢；随后，再将面板倾斜至45°，利用重力让雨水带着溶解的污垢流走。在高风速（≥1 m/s）条件下，系统则会根据风向，将面板倾斜45°迎风，利用风力和雨滴的冲击力，更有效地冲刷掉顽固的灰尘。
为了模拟真实环境下的积灰，研究人员采用了标准化的方法，将土壤过筛（500 μm）后，均匀地涂抹在光伏板表面，然后让系统在自然降雨中进行清洁，并通过视觉观察和功率输出测量来评估清洁效果。
研究结果
1. 视觉评估：自清洁系统表现卓越
通过一系列在2025年3月至4月进行的实地测试，研究人员对三套系统的清洁效果进行了详细的视觉评估。结果显示，集成了自清洁机制的系统在多种天气条件下均表现出色。
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低风速降雨：在初期测试中，当降雨伴随低风速时，固定倾角系统（F.A.S）的清洁效果反而略好于跟踪系统。这表明，在风力不足以辅助清洁的情况下，简单的固定倾角设计也能让雨水自然流走。
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高风速降雨：当降雨伴随高风速时，自清洁系统的优势开始显现。通过将面板迎风倾斜，系统能够利用风力和雨滴的冲击力，实现更彻底的清洁。在3月24日的一次测试中，尽管降雨仅持续了12分钟，但自清洁系统在视觉上达到了“无污点”的清洁状态，显著优于其他两个系统。
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机制优化：基于初期测试的观察，研究人员对清洁机制进行了优化，增加了在低风速下的“浸泡-冲刷”策略。优化后的系统在后续测试中表现更加稳定，在低风速和中等风速条件下均能实现优异的清洁效果，证明了该机制在不同天气条件下的适应性。
2. 功率输出对比：发电量显著提升
视觉上的清洁最终要体现在发电量的提升上。研究人员对三套系统在清洁后的发电功率进行了精确测量，结果令人振奋。
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性能优势：在大多数测试日，集成了自清洁机制的系统（D.A.S.T Self-Cleaning）的发电量均显著高于另外两套系统。例如，在3月24日的测试中，该系统发电量达到694.11 Wh，而基本跟踪系统（D.A.S.T Basic）和固定倾角系统（F.A.S）分别仅为400.91 Wh和170.42 Wh，优势非常明显。
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稳定性：即使在多云或湿度较高的天气条件下，自清洁系统也能保持相对较高的功率输出，显示出其清洁效果带来的稳定性能增益。
3. 成本-性能分析：经济性优势突出
研究还对不同清洁方法进行了成本-性能分析。与手动清洁、喷淋系统、机器人清洁等传统方法相比，该研究提出的自清洁机制具有显著的经济优势。
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零水耗：该系统完全依赖自然降雨进行清洁，无需消耗额外的水资源，这对于水资源匮乏地区意义重大。
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低能耗：清洁过程主要利用跟踪器自身的运动，能耗极低。
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低维护：由于没有额外的刷子、喷头等易损件，系统的维护成本远低于机械清洁系统。
结论与展望
这项研究成功地将双轴太阳能跟踪器从一个单纯的“追光者”转变为一个集发电与自清洁于一体的多功能平台。通过巧妙地利用自然界的风力和雨水，该系统实现了对光伏板的高效、低成本清洁，显著提升了发电效率。
该技术为光伏电站，特别是大型地面电站和偏远地区电站，提供了一种极具吸引力的解决方案。它不仅能够减少因积灰造成的发电损失，还能大幅降低运营和维护成本，延长设备寿命，为光伏发电的可持续发展注入了新的动力。未来，随着技术的进一步优化和成本的降低，这种智能化的自清洁系统有望成为光伏电站的“标配”，为全球绿色能源转型贡献重要力量。
