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        屋頂太陽能電池板智能清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)

        2019-03-13 14:26:40郝少鵬鄧凱吉董志方
        山東工業(yè)技術(shù) 2019年5期
        關(guān)鍵詞:清洗光伏發(fā)電機(jī)器人

        郝少鵬 鄧凱吉 董志方

        摘 要:近年來,我國政府推出一系列鼓勵太陽能光伏發(fā)展的政策,國家政策的支持再加上光伏技術(shù)的成熟,中國的光伏制造企業(yè)飛速發(fā)展,中國光伏產(chǎn)品產(chǎn)量已經(jīng)超過全球總產(chǎn)量的70%,2018年底我國光伏發(fā)電裝機(jī)容量占全國總發(fā)電容量的比例將超過10%。但是光伏產(chǎn)業(yè)周邊配套設(shè)施嚴(yán)重滯后,光伏發(fā)電的關(guān)鍵元件-太陽能電池板的清潔問題遲遲無法解決,太陽能電池板清洗設(shè)備普及率極低。本文將介紹一種屋頂太陽能電池板智能清洗機(jī)器人就是專門針對這一問題設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,該機(jī)器人通過新型薄膜組件自發(fā)電提供動力,并且配備換向裝置,可以自主跨越太陽能電池板陣列之間的間隙,實(shí)現(xiàn)同一屋頂多跨度的連續(xù)清洗工作。

        關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電;太陽能電池板;清洗;機(jī)器人

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.088

        0 前言

        現(xiàn)如今中國光伏產(chǎn)品新增與累計(jì)裝機(jī)容量均位列全球第一。光伏產(chǎn)品在使用過程中迫切需要解決如何清洗太陽能電池板的問題,因?yàn)樘柲茈姵匕搴翢o疑問地用于室外,灰塵及空氣中的其他雜質(zhì)落到上面,從而遮擋電池板,特別雨雪天氣后,雜質(zhì)和雨水混合,形成污垢,輕則影響電池板的功效;重則形成熱斑,損壞電池板,導(dǎo)致整個陣列無法工作,太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的核心部分,也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。太陽能電池板的理論發(fā)電效率是25-30%,實(shí)際是20-25%;受污染后發(fā)電效率降為10-18%,甚至更低。因此電池板的清潔程度對發(fā)電效率和效益的影響非常之大,解決清洗問題勢在必行。大型光伏電站實(shí)際運(yùn)行中,如果使用人工清洗,成本高效率低,頻繁踩踏組件會影響組件的壽命。目前已經(jīng)有太陽能電池板的清洗機(jī)器人面世,但是存在各種硬傷,如不能自主跨越太陽能電池板陣列之間的間隙,需要借助外力搬運(yùn),效率較低。本文所介紹的這種屋頂太陽能電池板智能清洗機(jī)器人能高效清洗太陽能電池板,單個連跨屋頂只需配備一臺清洗機(jī)器人即可實(shí)現(xiàn)全天候的清洗工作。

        1 屋頂太陽能電池板智能清洗機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.1 換向裝置

        換向裝置主要由行走車架、導(dǎo)軌、紅外限位器、限位鎖塊等構(gòu)成。換向裝置從根本上改變了清洗機(jī)器人的移動范圍?,F(xiàn)階段廠房屋頂太陽能發(fā)電項(xiàng)目大量上馬,由于廠房大多是鋼結(jié)構(gòu),考慮到排煙、采光的因素,廠房有高低跨區(qū)分,太陽能光伏板陣列分布又決定了陣列之間必須有距離間隔,屋頂太陽能電池板智能清洗機(jī)器人必須跨陣列清洗,這就要求清洗機(jī)器人必須具備跨列移動能力,也就是換向能力。只有具備換向能力的機(jī)器人才能在同一屋頂自由移動,移動范圍的增加將帶來清洗效率的倍增,在解決清洗困難的同時(shí),可大幅降低清洗機(jī)器人投入數(shù)量,節(jié)省投入成本。

        1.2 自動發(fā)電裝置

        自發(fā)電裝置主要由新型薄膜組件和角度調(diào)整器等構(gòu)成。機(jī)器人之所以智能,前提是必須靠自身動力完成動作。自發(fā)電裝置中的新型薄膜組件就為清洗機(jī)器人提供了動力來源,它比傳統(tǒng)的晶硅組件重量輕,發(fā)電性能高,使用新型薄膜組件為清洗機(jī)器人提供動力再合適不過了。角度調(diào)整器根據(jù)太陽光線的角度變化調(diào)整薄膜組件的角度,使薄膜組件始終和太陽光線垂直,最大限度的提高了太陽能的轉(zhuǎn)換率,為機(jī)器人提供了源源不斷的能量,從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人動力自給自足,不間斷作業(yè)。

        1.3 儲能裝置

        儲能裝置主要由充放電控制器、蓄電池組構(gòu)成,清洗機(jī)器人的蓄電池組由兩塊20AH鋰電池組成,鋰電池比普通的鉛酸電池重量輕,能量密度高,耐震動性好,耐過充電性好,耐大電流性好,非常適合在清洗機(jī)器人上使用。通過薄膜組件上產(chǎn)生的電能除了直接供給行走裝置外,剩余的電能儲存在鋰電池,在光照不充分的時(shí)候提供給行走裝置,實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)器人的連續(xù)作業(yè)。

        1.4 控制系統(tǒng)

        控制系統(tǒng)由手持遙控器、接收器、斷路器、繼電器等構(gòu)成,控制系統(tǒng)是清洗機(jī)器人的大腦,我們使用了西門子6ES7 212-1AB23-0XBO型PLC作為控制模塊,該P(yáng)LC可靠性強(qiáng),指令豐富,通訊能力強(qiáng)勁,操作便捷。超強(qiáng)的穩(wěn)定性是操作的基礎(chǔ),它可以確保我們頻繁的操作不出故障或低故障。手持遙控器把命令通過PLC傳導(dǎo)到驅(qū)動電機(jī)、清洗用水泵,使清洗機(jī)器人完成前進(jìn)、后退、噴水、滾刷轉(zhuǎn)動等動作。

        1.5 行走裝置

        行走裝置由底盤支架、直流驅(qū)動電機(jī)、滾刷、行走車輪等構(gòu)成,行走裝置相當(dāng)于汽車的車架,其他部件都在行走裝置上定位、組裝,我們采用優(yōu)質(zhì)鋁合金板作為支架的材料,通過鉚接的方式構(gòu)成框架,使輕量化和剛性同時(shí)得到兼顧。

        1.6 清洗裝置

        清洗裝置由水箱、水泵、噴淋管、滾刷、刮條等構(gòu)成,根據(jù)太陽能電池板上污垢的成分不同,清洗裝置有多種方案可供選擇,選用不同的滾刷,滿足多樣化需求,保證清潔高效、徹底。

        2 屋頂太陽能電池板智能清洗機(jī)器人運(yùn)行原理

        屋頂太陽能電池板智能清洗機(jī)器人運(yùn)行原理:薄膜組件發(fā)電后并儲存到蓄電池組中,通過遙控裝置發(fā)出噴淋指令,接收器收到命令后,水泵從水箱中把水抽到滾刷上方的噴淋管里,噴淋管把水噴到滾刷上,隨后遙控裝置發(fā)出前進(jìn)信號,把信號傳輸?shù)街绷麟姍C(jī),直流電機(jī)1驅(qū)動行走輪前進(jìn),直流電機(jī)2驅(qū)動滾刷前進(jìn),從而清洗屋頂太陽能板上面的污垢,后方的刮條二次除垢,徹底清洗太陽能板。一跨太陽能板清洗完后,重復(fù)清洗一遍,到起點(diǎn)后遙控指揮清洗車行走到換向裝置的車架上,被限位鎖塊固定后移動到另一跨太陽能板旁邊,限位鎖塊解鎖后,清洗車再次從換向裝置的車架上移動到對應(yīng)跨的屋頂太陽能板上,重復(fù)清洗。

        3 結(jié)語

        該機(jī)器人已經(jīng)在金太陽示范工程-林州重機(jī)集團(tuán)股份有限公司20MW光伏電站上成功運(yùn)行,在很大程度上解決了太陽能電池板表面污垢的清潔問題,并且極大提高清洗效率。我們將不斷改良該機(jī)器人并積極推廣機(jī)器人清洗設(shè)備,爭取市場的認(rèn)可。

        作者簡介:郝少鵬(1983-),男,河南林州人,本科,助理工程師,主要從事煤礦機(jī)械工藝流程設(shè)計(jì)工作。

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