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光伏電站自動養(yǎng)護機器人的設計與研究
蘇州大學機電工程學院 江蘇省如東中等專業(yè)學校 朱趙慧娟 2017/5/2 18:57:34
【摘要】太陽能是一種清潔、可再生能源，隨著全球性資源匱乏問題越來越嚴重，人們對于可再生能源的應用研究更加深入。光伏電站利用太陽能轉化為電能供給人們使用，我國青海、甘肅等地區(qū)分布相對廣泛。光伏電站中的光伏組件是決定太陽能轉化效率的直接影響因素，定期對其進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。采用自動養(yǎng)護機器人，能夠高效處理表面積灰問題。
【關鍵詞】光伏電站；自動養(yǎng)護機器人；設計；研究
隨著社會發(fā)展水平的不斷提升，科學技術快速發(fā)展，人們對于清潔能源的重視程度越來越高。太陽能作為迄今為止最重要的清潔能源，利用光伏電站對太陽能進行利用能有效的提升太陽能利用率，使得光伏發(fā)電產業(yè)進入新的發(fā)展時期。光伏組件是太陽能轉化為電能的核心部件，也是直接決定太陽能轉化電能效率的組件。
1 光伏電站現(xiàn)狀
我國的光伏電站大部分設置在戈壁或者沙漠地區(qū)，太陽能資源豐富，長年光照時間達3000小時以上。但是，在這些地區(qū)風沙較大，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，嚴重影響光伏組件的發(fā)電效率。自動養(yǎng)護機器人能夠實現(xiàn)自動定期對光伏組件表面進行積灰清理工作，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 光伏電站自動養(yǎng)護機器人設計
2.1 控制系統(tǒng)設計
為了保證光伏電站自動養(yǎng)護機器人能夠適應光伏電站的實際環(huán)境要求，提升自動養(yǎng)護機器人的可靠性和高效性，分別對自動養(yǎng)護機器人的行走結構、清掃結構和絞纜結構進行系統(tǒng)模塊化設計，最后集中成為機器人本體。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行滾動清掃，避免刮傷光伏組件。由于西北地區(qū)長年風力較大，機器人設備相對較輕，因此在側面增加防傾覆輪，防止大風影響。在機器人上增加位置傳感器，提升機器人對于位置判斷的準確度。同時機器人的使用環(huán)境在戶外，必須注意防水防塵的問題，設置的防護等級為IP65以上，具備自充電能力。
2.2 結構設計
2.2.1 矩形框架
矩形框架是由兩個橫梁和立梁組成，上下結構為橫梁，采用鑄鐵制造，表面呈黑色處理，利用鑄鐵結構能夠保證整體框架的牢固程度，采取一定的防腐蝕措施。左右結構為立梁，形成的是鋼制導軌，清掃結構固定在鋼導軌上，連接絞纜結構，自動實現(xiàn)上拉和下放操作，清掃結構能夠沿導軌上下移動，不存在絞纜結構拉偏的現(xiàn)象。
2.2.2 行走結構
行走結構由行走電機、啟動輪、從動輪以及傳動齒帶組成。行走結構是機器人轉移自身位置的控制器，能夠控制機器人前進或者后退。系統(tǒng)的能量來源為蓄電池供能，采用直流伺服電機作為行走電機，上下驅動保證各項參數(shù)相同，包括安裝功率、轉矩和減速比完全一致。
2.2.3 絞纜結構
絞纜結構是實現(xiàn)清掃機上拉和下放的基礎，包括絞纜電機、纜繩、絞纜軸、滾筒四個部分。選擇絞纜電機功率和力矩結構時應當結合清掃機構重力作為參考依據(jù)，絞纜電機采用直流步進電機保證正常的控制工作。在接收到清掃命令時，絞纜電機經(jīng)皮帶傳動作用帶動絞纜軸轉動。這時絞纜軸將會沿著統(tǒng)一方向轉動，纜繩在滾筒控制方向的前提下沿著導向槽卷起，同時纜繩提拉清掃結構，在達到最頂端夠，絞纜電機將會自動反轉，清掃結構在纜繩下放時向下移動，沿著光伏板向下清掃，將積灰清除。
2.2.4 清掃結構
清掃機構是清掃光伏組件的主要部件，能夠全面的對表面積塵有效清理。清掃車是由清掃電機、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舉行框架上實現(xiàn)嬌蘭機構上下控制。在開始清掃過程時，絞纜結構提拉清掃車向上滑動，此時清掃機構不運行，在移動至頂端之后，絞纜車開始下放，清掃機構則開始運行向下移動，清除光伏板上的積灰，將積灰逐步的清理至地面，當清掃結構移動至最低端時，感應器提示停止絞纜車停止工作，清掃車告訴轉動，配合下方自清潔橫桿清潔自身表面塵土。清掃刷停止運行后，行走結構能夠帶動機器人移動至下一個清掃光電板處，重復上一清掃環(huán)節(jié)。
2.2.5 輔助結構
輔助結構是提供機器人不工作狀態(tài)時的放置工作的。由于白天光電板需要接收太陽能進行發(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”降低光伏板使用時間，在清掃時一般選擇在夜間進行。因為機器人需要為自身提供自充電操作，因此在白天不需執(zhí)行清掃任務時，主要是自身充電。在輔助結構內，設置有特殊加工的材料，在該位置機器人能掛鉤實現(xiàn)充電過程，并且執(zhí)行完成清掃工作后，機器人能夠直接移動至該位置。
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