一種野外光伏陣列清掃擺渡系統(tǒng)

章正暘，陸元明，王青華

(1.上海電力新能源發(fā)展有限公司，上海 200010； 2.上海明華電力科技有限公司，上海 200010)

1 引言

灰塵是影響光伏發(fā)電效率的重要因素[1-2]。光伏陣列的清洗成為光伏電站運維的一個重要項目。目前，光伏陣列的清洗方法多為人工清洗[3]，機器清洗應(yīng)用比例不到2%[4]。究其原因，機器清洗成本太高[5]。現(xiàn)有清掃機器人多為單排清掃，只適用于單排長度足夠長的光伏電廠。光伏陣列建造初始未考慮清掃，另外光伏電站大多依據(jù)地形建造，光伏排長度受到地形限制，導(dǎo)致光伏清洗機器人應(yīng)用范圍不廣。研究各種場景的多排復(fù)用方案是解決光伏陣列清掃問題的一個方向。

本研究提出一種野外光伏陣列清掃擺渡系統(tǒng)。擺渡系統(tǒng)使得光伏清掃機器人可以實現(xiàn)多排復(fù)用，清掃成本大幅下降。擺渡系統(tǒng)負責把清掃機器人從一個光伏排運送到另外一個光伏排，整個過程為無人值守。野外光伏發(fā)電廠的現(xiàn)場情況復(fù)雜多變，地面雜草、石塊等影響因素眾多，雜草干擾擺渡車限位的情況時有發(fā)生。野外光伏清掃擺渡系統(tǒng)對擺渡車限位的抗擾性有很高的要求。

2 擺渡系統(tǒng)

2.1 擺渡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

擺渡系統(tǒng)由擺渡車、擺渡車軌道系統(tǒng)組成，如圖1所示。擺渡車主要由清洗車?？恐Ъ?、光伏發(fā)電模塊、擺渡車限位模塊、擺渡車定位模塊、驅(qū)動模塊和控制模塊等組成，如圖2所示。擺渡車軌道系統(tǒng)主要由軌道、軌道支架、軌道定位模塊和軌道限位模塊組成，如圖1所示。清洗車?？恐Ъ苡糜谕？壳鍜邫C器人。光伏發(fā)電模塊包括光伏板和蓄電池，為擺渡車行走提供能源動力。擺渡車定位模塊配合軌道定位模塊共同實現(xiàn)擺渡車在光伏排的準確?？?，方便清掃車從擺渡車運動到光伏排，從光伏排運動到擺渡車。當擺渡車運動到軌道端部時需原路返回。軌道端部有擺渡車的限位模塊，保證擺渡車在軌道上運動。

2.2 擺渡系統(tǒng)工作流程

擺渡車?？吭谑着殴夥囈欢蔚能壍郎?，清洗車初始?？吭谑着殴夥诺牧硗庖粋?cè)。清洗車運動到擺渡車上，與擺渡車建立通信。擺渡車確定清洗車已在指定位置后，首先解除和軌道定位裝置的卡死狀態(tài)，然后啟動并行走。當擺渡車定位模塊檢測到軌道下一個定位模塊時，擺渡車停止，并微調(diào)位置，進行定位操作。定位操作包括位置確定，擺渡車定位裝置和軌道定位裝置的卡死操作，以避免清洗車運動時，擺渡車晃動。擺渡車通知清洗車定位完成，并通知清洗車進行新一排的清洗。等清洗車完成此光伏排清洗后，返回擺渡車，擺渡車重復(fù)上述操作，直至所有光伏排清洗一遍。擺渡車繼續(xù)行走，直至遇到軌道起始位置的限位裝置，擺渡車停止并返回至第一排軌道定位裝置處，完成定位后，擺渡車通知清洗車開始清洗。清洗車啟動，運行到光伏排的另一側(cè)后停止，等第二天再開始新的流程。整個過程中，如果因為電力或其他原因?qū)е挛赐瓿梢粋€周期，則第二天繼續(xù)原有狀態(tài)。

圖1 擺渡系統(tǒng)簡圖Fig.1 Structure drawing of ferry system

圖2 擺渡車結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Structure drawing of ferry vehicle

3 擺渡系統(tǒng)限位結(jié)構(gòu)

在野外光伏陣列中，雜草不僅僅是干擾光伏陣列發(fā)電的一個重要因素，很多雜草高度超過光伏板，對光伏板形成遮擋，影響光伏板的發(fā)電效率，雜草對擺渡系統(tǒng)的正常運行也產(chǎn)生很大的影響。為降低成本，降低清掃的成本，更加有利于設(shè)備的推廣利用，擺渡車的限位開關(guān)采用的是行程開關(guān)。行程開關(guān)成本低，在無機械干擾環(huán)境中穩(wěn)定可靠。雜草會對行程開關(guān)產(chǎn)生誤操作，使得清掃無法正常完成。野外環(huán)境中的雜草很難徹底清除，設(shè)計一個可以免除雜草干擾的限位機構(gòu)，對野外光伏擺渡系統(tǒng)的正常運行具有重大的現(xiàn)實意義。圖3為擺渡車限位模塊結(jié)構(gòu)簡圖，限位模塊主要包括行程開關(guān)、行程開關(guān)支架和套筒。行程開關(guān)固定在行程開關(guān)支架上，行程開關(guān)支架和套筒通過螺栓固定。行程開關(guān)支架固定在擺渡車的端部支架上。軌道限位模塊主要包括端部凸塊和凸塊支架。端部凸塊安裝在凸塊支架上，凸塊支架固定在軌道端部，見圖4。當擺渡車行駛到端部時，端部凸塊深入到套筒內(nèi)部，觸發(fā)行程開關(guān)。套筒的作用是擋開雜草，防止雜草誤碰行程開關(guān)。

圖3 擺渡車限位模塊Fig.3 Limit module of ferry vehicle

圖4 軌道限位模塊Fig.4 Limit module of track

4 擺渡車系統(tǒng)應(yīng)用實例

該擺渡系統(tǒng)在江蘇沛縣某光伏發(fā)電廠實際應(yīng)用。現(xiàn)場雜草叢生，夏秋季雜草高度甚至超過1 m。為防止雜草對光伏發(fā)電的影響，光伏廠每年4次人工割草。擺渡系統(tǒng)經(jīng)過防干擾設(shè)計改造后，現(xiàn)場工作狀況良好，未出現(xiàn)異常狀況。