光伏幕墻智能清掃系統(tǒng)路徑的規(guī)劃與實(shí)施

周 秀 珍

(長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430212)

0 前 言

光伏組件的清潔度直接影響了光伏板發(fā)電效率，定期清掃光伏板能有效提高光伏板發(fā)電板的電能輸出。目前光伏板清洗主要采用人工、工程車(chē)、自由行走的機(jī)器人等方式。由于光伏幕墻多為垂直，這些方式對(duì)光伏幕墻的清洗并不實(shí)用。目前針對(duì)光伏幕墻多為人工水洗，但該方式不僅危險(xiǎn)系數(shù)高，而且成本也高。本文首先分析了光伏幕墻的形狀類(lèi)型，然后針對(duì)不同的類(lèi)型光伏幕墻進(jìn)行智能清掃路徑的規(guī)劃，并進(jìn)行詳細(xì)研究設(shè)計(jì)。

1 光伏幕墻智能清掃路徑的規(guī)劃

1.1 光伏幕墻的類(lèi)型

光伏幕墻光伏板的鋪設(shè)通常分為兩種典型的情況：整面墻鋪設(shè)(見(jiàn)圖1)和帶孔鋪設(shè)(見(jiàn)圖2)。

圖1 整面鋪設(shè)光伏幕墻

圖2 帶孔鋪設(shè)光伏幕墻

整面鋪設(shè)幕墻通常比較規(guī)則，由于光伏板和墻體形狀的限定，以及采光的要求，通常為矩形。帶孔鋪設(shè)幕墻通常也是在整面墻上鋪設(shè)，但建筑的墻面上涉及到窗和門(mén)，必須把門(mén)和窗的部分留空，只在墻面其它地方鋪設(shè)光伏板。

不管是整面鋪設(shè)還是帶孔鋪設(shè)清掃的原則均是全面覆蓋。

1.2 清掃路徑規(guī)劃

由于本清掃裝置主要是縱向運(yùn)動(dòng)，結(jié)合光伏幕墻的特點(diǎn)，主要采用了橫向分區(qū)的原則對(duì)清掃路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對(duì)于整面鋪設(shè)的幕墻可以直接將鋪設(shè)區(qū)域分成等寬等高的清掃區(qū)，清掃裝置主要做上下移動(dòng)，下行移動(dòng)的時(shí)候清掃，上行移動(dòng)的時(shí)候返回，再橫向移動(dòng)到下一個(gè)區(qū)域，重復(fù)上述過(guò)程，直到最后一塊，清掃結(jié)束，如圖3所示。

對(duì)于帶孔鋪設(shè)的幕墻，則需要進(jìn)行二次分區(qū)，如圖4所示。先按照幕墻分成有孔區(qū)和無(wú)孔區(qū)，有孔區(qū)由于中間留設(shè)門(mén)和窗的位置，因此中間會(huì)存在沒(méi)有鋪設(shè)光伏部件的空檔。因此清掃的區(qū)域不再是幕墻頂端到底端，該區(qū)域的高度會(huì)根據(jù)實(shí)際門(mén)窗的位置確定。因此，清掃的區(qū)域不再是幕墻頂端到底端，該區(qū)域的高度會(huì)根據(jù)實(shí)際門(mén)窗的位置確定。

圖3 整面鋪設(shè)清掃路徑

圖4 帶孔鋪設(shè)清掃路徑

進(jìn)行完一次分區(qū)后，不管是有孔區(qū)還是無(wú)孔區(qū)都可以看成是一個(gè)整塊的區(qū)域，可直接采用整面幕墻的分區(qū)方法將清掃區(qū)域分成等寬等高的區(qū)域進(jìn)行清掃。

二次分區(qū)后的清掃路徑和整面幕墻的清掃路徑相同。

一次分區(qū)中，完成無(wú)孔區(qū)清掃后，清掃裝置返回頂端，準(zhǔn)備進(jìn)入有孔區(qū)進(jìn)行清掃，裝置首先直接下行找到第一個(gè)有孔區(qū)，進(jìn)行區(qū)域清掃直到第一個(gè)有孔區(qū)清掃完成，接著橫向回行到有孔區(qū)最左邊，然后再下行找到第二個(gè)有孔區(qū)，重復(fù)剛才過(guò)程進(jìn)行清掃，直到完成清掃到有孔區(qū)最底端，然后再直接上行返回頂端。準(zhǔn)備進(jìn)入無(wú)孔區(qū)進(jìn)行清掃，繼續(xù)重復(fù)，直到整面墻清掃完成。

2 光伏幕墻智能清掃路徑的研究和設(shè)計(jì)

圖5 清掃塊傳感器分布

2.1 清掃區(qū)域的智能識(shí)別

本系統(tǒng)通過(guò)在清掃塊的四周安裝不同的傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)清掃塊的清掃區(qū)域情況進(jìn)行智能識(shí)別(見(jiàn)圖5)。清掃塊的上下左右四側(cè)分別安裝了向下的光電開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)下面是否有光伏組件，如果有光伏組件，光電信號(hào)發(fā)射出去之后被反射回來(lái)接收，開(kāi)關(guān)動(dòng)作；如果沒(méi)有組件，則直接無(wú)返回放射信號(hào)返回，開(kāi)關(guān)不動(dòng)作。根據(jù)這個(gè)原理，如果左側(cè)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，右側(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，則說(shuō)明清掃塊在無(wú)孔清掃區(qū)的最左邊，如果左側(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，右側(cè)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，則說(shuō)明清掃塊在無(wú)孔清掃區(qū)的最右邊；如果上側(cè)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，下側(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，則說(shuō)明清掃塊在無(wú)孔清掃區(qū)的最上邊，如果上側(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，下側(cè)開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，則說(shuō)明清掃塊在無(wú)孔清掃區(qū)的最下邊；如果在上行返回的過(guò)程中，右側(cè)開(kāi)關(guān)一會(huì)動(dòng)作，一會(huì)不動(dòng)作，則說(shuō)明清掃塊處于帶孔鋪設(shè)區(qū)域的無(wú)孔區(qū)的右邊緣，返回后，準(zhǔn)備進(jìn)入有孔區(qū)的清掃路徑。如果在有孔區(qū)的上邊緣，清掃塊向右橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上側(cè)開(kāi)關(guān)由不動(dòng)作變?yōu)閯?dòng)作，說(shuō)明進(jìn)入了有孔區(qū)的右邊緣，有孔區(qū)清掃完成，可以下行到下邊緣，左行返回到左邊緣，再下行進(jìn)入下一個(gè)有孔區(qū)清掃。清掃塊的上下兩側(cè)還安裝了向外的紅外傳感器，用于檢測(cè)清掃塊是否到了整個(gè)鋪設(shè)面的最上端和最下端。清掃區(qū)位置見(jiàn)表1。

表1 清掃區(qū)位置對(duì)照

2.2 智能清掃的的設(shè)計(jì)

可將6個(gè)傳感器的信號(hào)作為輸入信號(hào)傳送給PLC，PLC根據(jù)不同的信號(hào)判斷清掃區(qū)的開(kāi)始、結(jié)束和返回。由于兩種類(lèi)型的光伏幕墻清掃程序不一樣，為了提高清掃效率，在清掃系統(tǒng)增加一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)表示幕墻的類(lèi)型，如果開(kāi)關(guān)為“OFF”，則是整面鋪設(shè)幕墻，反之為帶孔鋪設(shè)幕墻。PLC的智能清掃程序主要分為無(wú)孔區(qū)清掃子程序，有孔區(qū)清掃子程序和主程序，控制流程如圖6～8所示。

圖6無(wú)孔區(qū)清掃控制流程示意

圖7有孔區(qū)清掃控制流程示意

圖8 主程序控制流程示意

3 結(jié) 語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的光伏幕墻的智能清掃系統(tǒng)的清掃路徑，能比較好地完成清掃區(qū)域的識(shí)別，針對(duì)不同類(lèi)型的光伏幕墻進(jìn)行智能清掃，清掃路徑也實(shí)現(xiàn)了光伏組件全覆蓋。但清掃路徑的設(shè)計(jì)只考慮了比較典型和規(guī)則的兩種光伏幕墻，對(duì)于不規(guī)則的幕墻清掃則需要根據(jù)具體實(shí)際設(shè)計(jì)更復(fù)雜的清掃路徑。