使用与太阳能应用质量相关的负载水平下粉尘，对电动防尘罩（EDS）原型的除尘效率进行了测量，采用可拆卸介质盖法对除尘效率进行重量测定。

使用了三个电极配置相同但区域不同的EDS原型，结果表明，放大生产不会对EDS除尘效率产生负面影响。

然而，EDS除尘效率随着粉尘负荷的降低而降低，当总介电覆盖层厚度从0.27mm增加到0.37mm时，EDS除尘效率显著下降。

大部分持久性尘埃由<;20μm的颗粒组成，但这些小颗粒构成了现场尘埃的很大一部分，由于颗粒团聚，通过网筛沉积灰尘会导致不自然的表观尺寸分布。

随着对尘土飞扬环境中太阳能发电的兴趣日益浓厚，由于太阳能表面灰尘积聚而导致的污染损失正成为一个主要问题。

取决于许多因素，在多尘的环境中，光伏（PV）组件可以积累80-300mg·m–2每天的粉尘量，每100毫克·米−2的粉尘堆积导致额外的输出损失为0.4-0.7%。

在暴露于环境灰尘一个月后，脏污的光伏组件通常能够输出85%的电力，如果它是干净的。

对于在环境粉尘浓度高的地区正在开发的大型太阳能光伏发电项目，需要对光伏组件进行清洁，以提高太阳能发电项目的经济回报。

近年来，电动防尘罩（EDS）已被提议作为太阳能发电防尘解决方案的候选者，EDS的技术概念最初是为空间应用而设计的，也被称为电动幕，电动筛或静电清洁系统。

通常，EDS由基板、电极和介电盖组成、基板是一块扁平的绝缘板，电极连接或印刷在其上。

电极可以排列成各种图案，平行直线图案是最简单的，介电盖是一层薄薄的电绝缘材料，用于将电极与大气隔离，介电盖可以通过粘合剂附着，也可以作为涂层涂覆在电极/基板上。

当对电极施加交流高压时，会产生交变电场，交变电场可以排斥来自电介质盖空气侧的灰尘。

当一个独立的EDS覆盖光伏组件的前表面时，或者将EDS功能集成到光伏模块中时，它将通过定期为EDS通电，积聚在光伏组件正面的灰尘将被排斥，落到地面或被风吹走。

只要EDS不对太阳辐射透射率造成极高的损失，EDS就有可能通过减少光伏表面的灰尘积聚为太阳能光伏带来净经济效益。

EDS可以设计为具有行波或驻波交变电场，与行波设计相比，驻波EDS设计需要更简单的电路和不太复杂的高压源。

为了将EDS开发成太阳能光伏的防尘解决方案，需要了解其在与应用相关的条件下的除尘效率。

在进行现场研究之前，应该使用从应用环境中收集的灰尘样本来设计模拟真实世界条件的实验室实验。

以前的研究使用了高粉尘负荷水平，如表I所示：

（表一 ）

一般来说，这些粉尘负荷水平非常高，不一定与地面太阳能光伏应用相关。

例如，在中东和北非地区，光伏组件上的积尘率可高达300mg·m−2·d−1[2].即使在如此高的粉尘积聚速率下，达到20g·m的粉尘负荷也需要6天−2，260天，粉尘负荷为78g·m−2。

但是，操作员可能更喜欢以更短的间隔操作EDS，例如每天甚至每小时。

因此，了解较低粉尘负荷水平下的除尘效率将是有用的，以便能够评估将EDS技术应用于光伏太阳能发电的好处。

使用与太阳能光伏应用相关的灰尘研究EDS效率也很重要，人们在以往的研究中，已经使用了各种类型的尘埃，包括来自不同位置的沙子和火星尘埃模拟物。

粉尘的粒度分布和化学成分高度依赖于地理位置，因此，使用来自计划太阳能发电项目的地点的灰尘样本是合适的。

此外，由于粉尘的位置特异性，EDS研究中使用的粉尘也应系统地表征。

所以可以适当评估研究的局限性和推断结果的可能性，为此将使用了从太阳能测试设施收集并广泛表征的灰尘。

EDS主要是高压源的容性负载，在电极配置（例如电极宽度和电极间距）保持不变的情况下，EDS器件越大，电容越大，对于电流容量有限的给定高压源，充电所需的时间就越长。

随着EDS尺寸的增加，这种与电负载增加相关的放大效应也会影响EDS的效率，在此之前，人们对关于扩大规模对EDS效率的影响知之甚少。

EDS设计的另一个重要因素是介电盖厚度，介电盖是一种绝缘材料，将EDS电极与周围环境分开，它对于EDS的安全性和可靠性至关重要。

介电盖的厚度强烈影响EDS表面的电场强度，预计会显着影响除尘效率。

例如，早稻田大学的研究小组报告使用0.1毫米玻璃，而波士顿大学研究小组使用50-μ米聚合物材料作为介电盖。

然而，研究使用更厚的介电覆盖材料更容易获得的EDS除尘效率是有用的。

此外，需要更好地了解沉积在EDS上的初始灰尘以及“持久性灰尘”，即施加交变高压后残留在EDS表面上的灰尘。

了解EDS激活前后粉尘的特征应该有助于改进EDS设计和预测EDS的好处。

然而，与EDS活化后的持久性粉尘相比，并没有关于EDS活化前原位测得的初始粉尘的粒度分布的报告。

先前使用的光散射方法需要将颗粒悬浮在水等流体中，这种方法的优点是它可以从分散良好的单个颗粒中获得粒度分布。

然而，尘埃颗粒也可以在EDS上团聚，但光散射方法不能提供颗粒团聚条件的信息。

因此，目的还是要确定EDS的除尘效率作为与太阳能光伏应用相关水平的粉尘负荷的函数，以及确定EDS尺寸和介电覆盖层厚度的影响，并确定EDS活化前后的原位粒度分布。

1.除尘效率测量

采用“可拆卸介质盖”法测量除尘效率，一块薄玻璃板被用作可拆卸的介电盖，它被放置在EDS基地上，可拆卸的电介质盖明显小于EDS基座。

测量了可拆卸介电盖表面除尘的效率，假设如果介电盖足够大以覆盖整个EDS基座，则除尘效率将是相同的。

EDS底座由基板、电极和覆盖和保护电极的55μm透明胶带组成，EDS底座和可拆卸电介质盖的详细信息在图1体现。

（图1.EDS效率测量实验装置的示意图，平面图中显示的EDS设备（未按比例））

可拆卸介电盖方法对于在较低的粉尘负荷水平下通过重量法确定除尘效率是必要的，特别是对于较大的EDS设计。

当粉尘负荷较低时，需要能够测量EDS上非常小的粉尘质量，当EDS的质量和尺寸超过分析天平的量程时，这在技术上是不可能的。

因此，可拆卸的介电盖方法就是为了解决这个问题而创建的。

高压的频率为1Hz，振幅有三种不同的水平：3,6和9kVPpp。

使用泰克DPO2004B数字荧光示波器，使用高压放大器的电压和电流监控端口来监测通过EDS电极的电压波形和电流，在所有实验中，EDS倾斜20°。

有意选择的高压参数与先前研究中使用的参数相似，以便对EDS效率进行有意义的比较。

（表二 各种操作条件下的EDS运行时间）

除尘效率或EDS效率的计算公式为：

2.EDS基座和可拆卸电介质盖

使用三种类型的EDS碱基，其主要特征如表III所示：

（表三 EDS碱基的主要参数）

其中两个使用玻璃作为基材，第三种EDS碱基采用聚对苯二甲酸乙二醇酯为基材。

丝网印刷技术用于在基板上印刷银线电极，电极宽约0.3毫米，高5-10μ米，间距为7毫米（电极中心线到电极中心线），电极的长度比基板的长度短约4厘米。

在所有电极上涂上大约55μm厚的粘性透明胶带以提供绝缘，图2显示了EDS在其实验位置的横截面示意图。

（图2.实验装置的横截面示意图（不按比例））

几种类型的薄玻璃板被用作可移动的介电盖，这些薄玻璃板可作为智能手机或智能手表屏幕保护膜。

这些薄玻璃板可以组织成三维组，如表四所示。

（表四 用作可拆卸电介质盖的薄玻璃板的信息）

这些玻璃板比先前研究中使用的介电盖厚，之所以选择它们，是因为它们具有商业可用性，这是将EDS引入太阳能光伏行业的重要因素。

3.研究中使用的灰尘

用于EDS效率测量的灰尘，是从位于卡塔尔多哈的卡塔尔基金会太阳能测试设施的太阳能组件表面收集的。

光伏电池板上积聚的典型粉尘的质量中位直径约为20μm，粉尘由方解石、白云石、石英和其他矿物成分组成。

4.装尘方式

通过手动摇晃灰尘，通过板上方约20厘米的筛子，将灰尘尽可能均匀地沉积到薄玻璃板上。

加载水平约为800mg·m的沉积尘埃颗粒图像−2使用徕卡DM2700MRL/TL光学显微镜和2.5×物镜获得。

玻璃板上的持续灰尘（EDS后）也被成像，这些图像使用程序imagej.nih.gov/ij进行处理，以获得沉积粉尘的粒度分布。

采用内置标准粒度测量，它将颗粒大小定义为相等投影面积的等效圆的直径，基于欧几里得距离图算法的分水岭变换选项也应用于粒子图像，以便将团聚体的成分计为单个粒子。

1.太阳能光伏粉尘负荷水平下的EDS效率

除尘效率结果如图3所示。

（图3）

除尘效率的不确定性是通过EDS效率作为EDS前和EDS后粉尘质量值的函数的不确定性分析获得的，使用0.01mg的粉尘质量测量不确定度。

最高粉尘负荷为100g·m−2，采用0.215mm玻璃板，电压为6kVPP，所有三种EDS装置的除尘效率约为90%（见图4）。

（图4）

2.EDS大小效应

三种EDS尺寸的除尘效率值似乎略有不同，但变化幅度与结果不确定性的幅度大致相同。

这些结果表明，大型EDS在排斥灰尘方面应与较小的EDS一样有效，这一事实无疑将为产品开发提供一些便利。

换句话说，可以在设计选择过程中制造和测试较小的原型，并且只扩大选定的设计进行全尺寸测试，从而降低开发成本。

但是如图5所示，当使用0.315mm玻璃板时，除尘效率急剧下降，使用0.315mm玻璃板（总介质盖厚度为0.37mm），除尘效率仅为0.215mm玻璃板（总介质盖厚度为0.27mm）的一半。

从EDS效率的角度来看，更薄的介电盖无疑更具优势，然而，薄玻璃板的成本和使用薄玻璃介电盖的制造难度也可能取决于厚度。

（图5.介电盖厚度对除尘效率的影响6kVP p p粉尘负荷约为200mg·m时−2. ）

从以上所有的发现中，可以得出以下结论：

1.与太阳能光伏应用相关的粉尘负荷水平下的除尘效率可能明显低于高粉尘负荷水平下的EDS效率。

2.大型EDS设备应提供与具有相同电极宽度和间距的小型EDS设备相似的除尘效率。

3.通常，使用较薄的玻璃作为电介质盖可以提高EDS的除尘效率。

通过筛子沉积灰尘会导致颗粒在沉积的灰尘中凝聚，这导致沉积粉尘的表观粒径分布中不存在小于20μm的颗粒，这种表观的粒度分布与自然沉积的粉尘非常不同。

通过筛子沉积的粉尘测量的除尘效率可能与自然沉积的粉尘测量的除尘效率不同，需要用自然沉积的灰尘（或模拟）进行实验来解决这个问题。