引言

　　隨著時間的推移，太陽能電池板會被花粉、灰塵、污垢、污垢甚至鳥糞覆蓋。一般來說，當太陽能電池板變臟時，太陽能輸出會減少10-15%。大多數太陽能電池板的使用壽命為30年或更長。為了穩定發電，每年至少需要清潔兩次太陽能電池板，即使在沙漠中雨季已經過去。

　　有幾種方法可以用來清洗嚴重污染的物品(修理過的汽車零件、手表機構、不用洗衣機清洗衣物等)?；旧?，清洗效果出現在受超聲波空化影響的少量液體中。為了產生氣穴，需要合理的能量。

　　有時沒有必要在體積上產生氣穴。對于平面清潔，在表面上的薄層液體中產生氣穴就足夠了。許多科學文章描述了液體體積中的空穴現象。然而，很難找到任何關于在薄液體層中產生空穴的文章。作者在此之前提出了這一概念，并在這一領域做了一些實驗。

　　這里介紹的建模工作的目的是研究和更好地理解控制超聲波的物理學者采用了長度為400 mm，截面為8 mm × 4 mm的PZT-8壓電陶瓷，其電荷系數如下:d33 = 225 pC/N，d31 = 37 pC/N。壓電陶瓷通過厚度極化。電極放置在壓電陶瓷的兩側。雙向超聲波振動器和兩塊板由鋁合金制成(質量密度=2.7g/cm3。

　　楊氏模量E = 70 GPa，泊松比= 0.33)。使用結構鋼活塞(質量密度= 7.85克/立方厘米，楊氏模量E=200GPa，

　　泊松比= 0.33)。所有部件都粘在一起。聲學-壓電相互作用分析中的太陽能電池板表示為丙烯酸塑料電池板(質量密度= 1.16克/立方厘米，楊氏模量。

　　實驗

　　數值計算包括諧波響應分析，用于評估將外部電信號施加到壓電陶瓷的板的橫向振動，以及聲-電相互作用分析，用于計算兩個板之間的聲壓和聲分布，以在液體層中產生最大空化。利用建立超聲清洗系統實體有限元模型的有限元軟件COMSOL 4.2對壓電執行器進行有限元建模，進行諧波響應分析和聲-電相互作用分析。

　　超聲波清洗系統模型的網格劃分使用三維自由四面體單元，使用物理控制的網格，如圖。2.該元素由八個節點定義，每個節點有三個自由度:節點x、y和z方向的平移。元件具有三維磁、熱、電、壓電和結構場能力，場之間的耦合有限。該元素有八個節點，每個節點最多有六個自由度。整個幾何圖形的建議網格有138，417個元素，有617，602個自由度。

　　諧波響應分析和聲-壓電相互作用分析采用Pardiso求解器和嵌套剖分多線程預排序算法進行。諧波響應分析是為了找出測量點的運動軌跡。測量點位于一個板上(圖。2、黑色橢圓區)。壓電元件使用施加在執行電極上的交流信號(30 V)激勵。選擇頻率范圍為18千赫至18.8千赫，解決方案為10赫茲間隔，以給出測量點的適當響應曲線。測量點隨空氣和水運動的增益頻率特性如圖2所示。3.重要的是，所有的阻尼值都來自材料的特性，包括陶瓷。

　　圖3.圖中所示測量點的諧波響應分析(空氣和水)。

　　本文的主要目的是提出用超聲波清洗任何表面的新思路。太陽能電池板就是這種應用的好例子。所提出的超聲波清洗系統工作模式是基于降雨時薄水層中的空化效應或人工外部水流。然而，在我們的模型中，薄水層被表示為均勻介質。根據我們的實驗結果，這種系統需要一場大雨才能在薄層中產生良好的氣穴現象。

　　目前的超聲波清洗系統將固定安裝，而不僅僅是安裝在屋頂上，而是集成到沙漠中的任何太陽能電池板工廠等。將超聲波清洗系統連接到太陽能電池板的解決方案之一如圖1所示。14.致動器的數量和它們之間的位移可以是不同的。在這種情況下，可以使用雨滴傳感器完全自動地進行清潔過程，以實時保持太陽能電池板的最大輸出功率。

　　圖3 太陽能電池板某些部分的概觀:左圖——人工污染的電池板；右–在32 W功率下用水超聲波清洗15秒后的面板

　　總結

　　提出了一種新的平面超聲波清洗方法。我們實驗室發明了一種簡單的污染表面清潔裝置。對空氣和水進行了聲壓電相互作用分析。為所有系統定義了最佳振動模式。定義了初步工作條件，并批準了其清潔效率。我們認為，需要注意連接到致動器的板與水等動態載荷之間的聲學相互作用及其干擾。此外，板的形狀、水層厚度和均勻性、氣隙和聲阻尼因子對系統效率有很大影響。這件事需要仔細考慮。

　　審核編輯：鄢夢凡