西非的塞內(nèi)加爾擁有得天獨(dú)厚的自然條件，非常適合使用光伏系統(tǒng)。這里陽光充足，波動(dòng)較小。白天日照時(shí)間長，而早晨和黃昏則很短。而且這里的太陽高度角大，陽光到達(dá)地面近乎直射，這意味著即使是水平鋪設(shè)的光伏電池也能實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率。但是，作為塞內(nèi)加爾能源結(jié)構(gòu)不可忽略的一部分，太陽能發(fā)電卻存在一個(gè)巨大的隱患——來自撒哈拉沙漠的灰塵。無數(shù)的礦物灰塵顆粒在東北信風(fēng)的裹挾下越過撒哈拉來到塞內(nèi)加爾。每年，太陽能電池板上都會(huì)集聚大量灰塵(約 200 克/平方米)，導(dǎo)致太陽能園區(qū)的發(fā)電量至少減少 20%。

到目前為止，清潔太陽能電池板的方法都不盡如人意——這些方法要么難以操作，要么無法持續(xù)。因此，來自德國漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)(HAW Hamburg)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種清潔太陽能電池板的全新系統(tǒng)，并且該項(xiàng)目是他們的學(xué)士學(xué)位項(xiàng)目(通過研究項(xiàng)目完成學(xué)士學(xué)位)。該系統(tǒng)的名稱為“SeneSet”，由塞內(nèi)加爾的英文 Senegal 的前四個(gè)字母加單詞 Set 組成。在塞內(nèi)加爾最常用的沃洛夫語(Wolof)中，“set”的意思是“清潔”。學(xué)生團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)老師是來自德國漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)機(jī)械工程和生產(chǎn)管理(IKP)系負(fù)責(zé)機(jī)械工程和 CAD 的 Anna K. Usbeck 教授。目前，學(xué)生們正使用 item 裝配組件系統(tǒng)搭建系統(tǒng)原型。裝配組件系統(tǒng)具有眾多優(yōu)勢(shì)，包括端到端模塊化設(shè)計(jì)以及輕便靈活的型材技術(shù)。

創(chuàng)建 節(jié)省時(shí)間和資源的清潔解決方案

多年來，Usbeck 教授一直專注于在塞內(nèi)加爾研究可持續(xù)能源發(fā)電，尤其是光伏發(fā)電。從開始研究的那刻起，她就清楚地知道：“在清潔太陽能電池板時(shí)，我們要使用全新的定制技術(shù)。而且這項(xiàng)技術(shù)必須經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于維護(hù)，并能適應(yīng)特殊的自然條件?！蹦壳扒鍧嵦柲茈姵匕逯饕袃煞N方法：一種是使用帶有長桿(長達(dá)幾米)的手動(dòng)清潔設(shè)備，另一種是使用配有刷子和水的柴油拖拉機(jī)。但是，這兩種系統(tǒng)要么難以操作，要么無法持續(xù)。相比之下，來自德國漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型清潔解決方案不但效率高，還能節(jié)省資源。德國學(xué)術(shù)交流中心(DAAD)還為這一創(chuàng)新型項(xiàng)目提供了約 50,000 歐元的資金支持。

SeneSet 的框架約 6 米長、1.5 米寬，由 item 提供的型材搭建而成。

SeneSet 的框架約 6 米長、1.5 米寬，由 item 型材搭建而成。整個(gè)系統(tǒng)由八個(gè)帶腳輪的小型運(yùn)動(dòng)裝置支撐。借助下面的腳輪，SeneSet 系統(tǒng)能在不同的太陽能電池板之間來回移動(dòng)。由于各種原因，這里無法使用機(jī)器人解決方案，因?yàn)闄C(jī)器人解決方案有各種技術(shù)限制，比如清潔機(jī)器人要在電池板表面獨(dú)立導(dǎo)航進(jìn)而自行移動(dòng)，因此需要使用額外的傳感器技術(shù)。但是，傳感器技術(shù)通常會(huì)因灰塵集聚和材料腐蝕出現(xiàn)故障。此外，它還需要配備復(fù)雜的控制系統(tǒng)。而且自主移動(dòng)機(jī)器人在太陽能電池板表面移動(dòng)時(shí)不僅過程復(fù)雜，而且速度緩慢，這與太陽能電池板鋪設(shè)的角度密切相關(guān)。最重要的是，SeneSet 系統(tǒng)將在塞內(nèi)加爾進(jìn)行生產(chǎn)。“因此，我們想盡量減少不能在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)并由當(dāng)?shù)毓こ處煱惭b的零部件。”Usbeck 教授解釋說。

數(shù)據(jù)說明一切——只需 20 個(gè)小時(shí)而不是 174 個(gè)小時(shí)

借助曲柄傳動(dòng)裝置，SeneSet 系統(tǒng)中帶旋轉(zhuǎn)滾輪的部分在移動(dòng)時(shí)與行進(jìn)方向成直角，即沿框架的縱向方向移動(dòng)，這樣刷子就能清除灰塵。如果要從一排太陽能電池板移動(dòng)到另一排太陽能電池板，系統(tǒng)需要抬升并重新定位。整個(gè)系統(tǒng)既可以手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，也可以使用大功率電動(dòng)螺絲刀驅(qū)動(dòng)。目前，該團(tuán)隊(duì)正在研究更多優(yōu)化措施，他們希望能確保螺絲刀盡可能長期地工作。他們還要確認(rèn)最適合清潔工作的刷子類型。在不久的將來，他們會(huì)在測(cè)試站嘗試配有不同刷子以及橡膠或織布的濕式和干式清潔系統(tǒng)。通過這種方法，清潔模塊就可以輕松更換，未來也能使用不同的清潔材料。不過，目前的數(shù)據(jù)已經(jīng)說明了一切：對(duì)于塞內(nèi)加爾 Diamniadio 太陽能園區(qū)的 6960 塊太陽能電池板來說，如果采用傳統(tǒng)的手動(dòng)清潔方式，需要漫長的 174 個(gè)小時(shí)。而使用 SeneSet 系統(tǒng)，只需要 20 個(gè)小時(shí)。

* 借助 item 鋁型材技術(shù)，框架結(jié)構(gòu)不但適應(yīng)性強(qiáng)，而且輕便靈活。

使用 item 型材技術(shù) 在塞內(nèi)加爾進(jìn)行實(shí)地測(cè)試

“在德國漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)，我們經(jīng)常使用 item 型材技術(shù)，因?yàn)樗鼈儾粌H輕便靈活，還可以根據(jù)我們的需要定制長度。對(duì)于高級(jí)工程項(xiàng)目和搭建原型來說，它們是非常理想的選擇。在項(xiàng)目的不同階段，我們總要進(jìn)行一些調(diào)整，借助緊固件可以輕松地實(shí)現(xiàn)?！盪sbeck 教授告訴我們。此外，Usbeck 教授對(duì) item 型材技術(shù)的另外兩大優(yōu)點(diǎn)也記憶猶新——結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且輕便靈活。一開始，他們使用的是 30 x 30 毫米的型材。但是，由于型材長達(dá) 6 米，框架出現(xiàn)了輕微的變形。因此，他們對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。現(xiàn)在，他們使用的是 60 x 30 毫米的型材，有效避免了框架變形。而且型材上安裝的是 item 的腳輪，而不是以前使用的滑板輪。2023 年 2 月，參加該項(xiàng)目的兩位學(xué)生攜 SeneSet 系統(tǒng)前往塞內(nèi)加爾。他們將太陽能電池板清潔系統(tǒng)進(jìn)行拆卸并裝進(jìn)集裝箱以便空運(yùn)。第一次實(shí)地測(cè)試是在塞內(nèi)加爾 Diamniadio 太陽能園區(qū)(裝機(jī)容量 2 兆瓦)進(jìn)行的，該園區(qū)距離塞內(nèi)加爾達(dá)喀爾(Dakar)以東直線距離約 30 公里。在整個(gè)過程中，德國漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)都與距離塞內(nèi)加爾 Diamniadio 不遠(yuǎn)的達(dá)喀爾高等理工學(xué)院(ESP in Dakar)保持密切聯(lián)系?！拔覀冞€要進(jìn)行一些優(yōu)化，但毋庸置疑，SeneSet 系統(tǒng)非常高效。”Usbeck 教授對(duì)測(cè)試結(jié)果給予了積極的評(píng)價(jià)。

來自塞內(nèi)加爾的學(xué)生對(duì) item 提供的產(chǎn)品和服務(wù)印象非常深刻，他們直接在結(jié)構(gòu)中使用了 item 型材技術(shù)。事實(shí)證明，技術(shù)才是全球通用的語言。

塞內(nèi)加爾之行結(jié)束后不久，來自達(dá)喀爾高等理工學(xué)院的講師和碩士生對(duì)德國漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)進(jìn)行了回訪，并在那里停留了兩個(gè)月。這些年輕的參觀者也開始進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。Usbeck 教師告訴我們，這是他們第一次接觸 item 型材?！皝碜匀麅?nèi)加爾的學(xué)生對(duì) item 提供的產(chǎn)品和服務(wù)印象非常深刻，他們直接在結(jié)構(gòu)中使用了 item 的型材技術(shù)。事實(shí)證明，技術(shù)才是全球通用的語言?！睂W(xué)生們選擇了 40 x 40 毫米的型材，它比 30 x 30 毫米的型材更加堅(jiān)固。而且它的槽軌更寬，可以插入 item 支架型材。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)槿麅?nèi)加爾學(xué)生開發(fā)的清潔系統(tǒng)使用的傳動(dòng)裝置不是同步皮帶，而是由電機(jī)通過清潔滑塊上的鏈輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在設(shè)計(jì)框架時(shí)，學(xué)生們直接使用了免費(fèi)的 item Engineeringtool 在線工具。現(xiàn)在，學(xué)生們共設(shè)計(jì)了三種基于 item 產(chǎn)品的清潔系統(tǒng)，它們各有不同又相互競(jìng)爭(zhēng)。不久之后，他們將通過內(nèi)部比賽決出真正的獲勝團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目結(jié)束后，最理想的狀態(tài)是形成一個(gè)可以直接上市的解決方案，然后再有一家初創(chuàng)公司，幫助塞內(nèi)加爾實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。

* 到了塞內(nèi)加爾之后，學(xué)生們檢查了材料情況(左)，并重新組裝結(jié)構(gòu)(右)

相互支持并共同致力于能源轉(zhuǎn)型

SeneSet 系統(tǒng)并不是德國漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué)與塞內(nèi)加爾達(dá)喀爾高等理工學(xué)院的唯一合作項(xiàng)目?！肮餐铝τ诳稍偕茉唇逃?CO2FREE)”也得到了德國學(xué)術(shù)交流中心的資助。目前雙方合作的重點(diǎn)是在達(dá)喀爾高等理工學(xué)院開發(fā)可再生能源學(xué)士學(xué)位課程?！拔覀兿Ｍn程的設(shè)置能直接反映工業(yè)領(lǐng)域的要求。我們也在研究相關(guān)的問題，比如要設(shè)置哪些課程才能確保畢業(yè)生能滿足太陽能行業(yè)或氫技術(shù)行業(yè)公司的工作要求。這些領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。”漢堡應(yīng)用科學(xué)大學(xué) CO2FREE 項(xiàng)目經(jīng)理 Imke Rieken 說道。塞內(nèi)加爾與德國面臨的挑戰(zhàn)完全不同。塞內(nèi)加爾人口平均年齡約為 18 歲，而德國已進(jìn)入老齡化，正在努力解決技能短缺的問題。與此同時(shí)，塞內(nèi)加爾大學(xué)教育的水平也要進(jìn)一步提高。因此，雙方合作的潛力是巨大的?！拔覀兛梢詳y手合作，共同推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型。我們希望下一代能放眼全球，共同致力于未來的發(fā)展。”Usbeck 教授強(qiáng)調(diào)說。

* 一開始使用的是滑板輪(左)。2023 年 4 月，SeneSet 原型在塞內(nèi)加爾 Diamniadio 太陽能園區(qū)進(jìn)行實(shí)地測(cè)試(右)。

（轉(zhuǎn)載）