光伏電站自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究

江蘇省如東中等專業(yè)學(xué)校，江蘇南通，226000

摘 要：太陽(yáng)能是一種清潔、可再生能源，隨著全球性資源匱乏問題越來越嚴(yán)重，人們對(duì)于可再生能源的應(yīng)用研究更加深入。光伏電站利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能供給人們使用，我國(guó)青海、甘肅等地區(qū)分布相對(duì)廣泛。光伏電站中的光伏組件是決定太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率的直接影響因素，定期對(duì)其進(jìn)行灰塵清掃工作能夠有效的保證光伏電站的發(fā)電效率，降低資源損失。采用自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人，能夠高效處理表面積灰問題。

關(guān)鍵詞：光伏電站；自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人；設(shè)計(jì)；研究

引言

隨著社會(huì)發(fā)展水平的不斷提升，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，人們對(duì)于清潔能源的重視程度越來越高。太陽(yáng)能作為迄今為止最重要的清潔能源，利用光伏電站對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行利用，能有效的提升太陽(yáng)能利用率，使得光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。光伏組件是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的核心部件，也是直接決定太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化電能效率的組件。

1 光伏電站現(xiàn)狀

我國(guó)的光伏電站大部分設(shè)置在戈壁或者沙漠地區(qū)，太陽(yáng)能資源豐富，長(zhǎng)年光照時(shí)間達(dá)3000小時(shí)以上。但是，在這些地區(qū)風(fēng)沙較大，尤其在春秋季節(jié)天氣條件惡劣，造成光伏組件表面大量灰塵，嚴(yán)重影響光伏組件的發(fā)電效率。自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)定期對(duì)光伏組件表面進(jìn)行積灰清理工作，不需要水的參與即可完成90%以上的清掃率，大幅度提升光伏組件的發(fā)電效率，控制清掃成本。

2 光伏電站自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了保證光伏電站自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人能夠適應(yīng)光伏電站的實(shí)際環(huán)境要求，提升自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的可靠性和高效性，分別對(duì)自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的行走結(jié)構(gòu)、清掃結(jié)構(gòu)和絞纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)，最后集中成為機(jī)器人本體。為了避免行走輪在光伏組件行走留下印記，選擇采用高摩擦系數(shù)的輪子作為行走裝置。在清掃過程中，選擇軟毛毛刷在光伏組件上進(jìn)行滾動(dòng)清掃，避免刮傷光伏組件。由于西北地區(qū)長(zhǎng)年風(fēng)力較大，機(jī)器人設(shè)備相對(duì)較輕，因此在側(cè)面增加防傾覆輪，防止大風(fēng)影響。在機(jī)器人上增加位置傳感器，提升機(jī)器人對(duì)于位置判斷的準(zhǔn)確度。同時(shí)機(jī)器人的使用環(huán)境在戶外，必須注意防水防塵的問題，設(shè)置的防護(hù)等級(jí)為IP65以上，具備自充電能力。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 矩形框架

矩形框架是由兩個(gè)橫梁和立梁組成，上下結(jié)構(gòu)為橫梁，采用鑄鐵制造，表面呈黑色處理，利用鑄鐵結(jié)構(gòu)能夠保證整體框架的牢固程度，采取一定的防腐蝕措施。左右結(jié)構(gòu)為立梁，形成的是鋼制導(dǎo)軌，清掃結(jié)構(gòu)固定在鋼導(dǎo)軌上，連接絞纜結(jié)構(gòu)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上拉和下放操作，清掃結(jié)構(gòu)能夠沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)，不存在絞纜結(jié)構(gòu)拉偏的現(xiàn)象。

2.2.2 行走結(jié)構(gòu)

行走結(jié)構(gòu)由行走電機(jī)、啟動(dòng)輪、從動(dòng)輪以及傳動(dòng)齒帶組成。行走結(jié)構(gòu)是機(jī)器人轉(zhuǎn)移自身位置的控制器，能夠控制機(jī)器人前進(jìn)或者后退。系統(tǒng)的能量來源為蓄電池供能，采用直流伺服電機(jī)作為行走電機(jī)，上下驅(qū)動(dòng)保證各項(xiàng)參數(shù)相同，包括安裝功率、轉(zhuǎn)矩和減速比完全一致。

2.2.3 絞纜結(jié)構(gòu)

絞纜結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)清掃機(jī)上拉和下放的基礎(chǔ)，包括絞纜電機(jī)、纜繩、絞纜軸、滾筒四個(gè)部分。選擇絞纜電機(jī)功率和力矩結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合清掃機(jī)構(gòu)重力作為參考依據(jù)，絞纜電機(jī)采用直流步進(jìn)電機(jī)保證正常的控制工作。在接收到清掃命令時(shí)，絞纜電機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)作用帶動(dòng)絞纜軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)絞纜軸將會(huì)沿著統(tǒng)一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，纜繩在滾筒控制方向的前提下沿著導(dǎo)向槽卷起，同時(shí)纜繩提拉清掃結(jié)構(gòu)，在達(dá)到最頂端后，絞纜電機(jī)將會(huì)自動(dòng)反轉(zhuǎn)，清掃結(jié)構(gòu)在纜繩下放時(shí)向下移動(dòng)，沿著光伏板向下清掃，將積灰清除。

2.2.4 清掃結(jié)構(gòu)

清掃機(jī)構(gòu)是清掃光伏組件的主要部件，能夠全面的對(duì)表面積塵有效清理。清掃車是由清掃電機(jī)、皮帶輪和清掃刷組成的。清掃車由于小輪子的控制作用固定于矩形框架上實(shí)現(xiàn)絞纜機(jī)構(gòu)上下控制。在開始清掃過程時(shí)，絞纜結(jié)構(gòu)提拉清掃車向上滑動(dòng)，此時(shí)清掃機(jī)構(gòu)不運(yùn)行，在移動(dòng)至頂端之后，絞纜車開始下放，清掃機(jī)構(gòu)則開始運(yùn)行向下移動(dòng)，清除光伏板上的積灰，將積灰逐步的清理至地面，當(dāng)清掃結(jié)構(gòu)移動(dòng)至最低端時(shí)，感應(yīng)器提示絞纜車停止工作，清掃車告訴轉(zhuǎn)動(dòng)，配合下方自清潔橫桿清潔自身表面塵土。清掃刷停止運(yùn)行后，行走結(jié)構(gòu)能夠帶動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)至下一個(gè)清掃光電板處，重復(fù)上一清掃環(huán)節(jié)。

2.2.5 輔助結(jié)構(gòu)

輔助結(jié)構(gòu)是提供機(jī)器人不工作狀態(tài)時(shí)的放置工作的。由于白天光電板需要接收太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電作業(yè)，因此為了提升發(fā)電效率，避免出現(xiàn)“光斑效應(yīng)”降低光伏板使用時(shí)間，在清掃時(shí)一般選擇在夜間進(jìn)行。因?yàn)闄C(jī)器人需要為自身提供自充電操作，因此在白天不需執(zhí)行清掃任務(wù)時(shí)，主要是自身充電。在輔助結(jié)構(gòu)內(nèi)，設(shè)置有特殊加工的材料，在該位置機(jī)器人能掛鉤實(shí)現(xiàn)充電過程，并且執(zhí)行完成清掃工作后，機(jī)器人能夠直接移動(dòng)至該位置。

3 光伏電站自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的研究

通過對(duì)光伏電站實(shí)際情況的研究和分析，自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人的研究方向應(yīng)當(dāng)保證具備快速的響應(yīng)速度，當(dāng)出現(xiàn)沙塵暴天氣時(shí)，必須在最短時(shí)間內(nèi)清潔完成。同時(shí)保證操作的高度自動(dòng)化運(yùn)行，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自我移動(dòng)充電，盡可能降低養(yǎng)護(hù)機(jī)器人本身的重量，降低其開展清掃工作時(shí)對(duì)光電板造成的沖擊影響，提升光伏電站總體的工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

光伏電站自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人是光伏電站應(yīng)用最廣泛的設(shè)備，相對(duì)傳統(tǒng)的人工清理工作效率高、成本投入小，避免在清掃過程中出現(xiàn)人身傷害事件，降低光伏電站整體的投入總量。高智能化、高自動(dòng)化的自動(dòng)養(yǎng)護(hù)機(jī)器人是未來的發(fā)展方向，是保證整體光伏電站發(fā)電效率的良好工具，具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

朱趙慧娟/女/1987年生/江蘇南通人/本科/助理講師/研究方向?yàn)闄C(jī)電