CN102974557B - 基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池板清洗装置，属于太阳能电池板领域。基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：包括电池板除尘清洗机构（1），装置行走机构（2）和供水机构（3），采用单轨轨道转向架技术，清洗装置的双方向压紧轮与太阳能电池板金属边缘可靠接触，保证清洗装置在后轮电机驱动下定向行走；当检测到电池板间沟槽时，利用折叠型压杆轮的展开功能实现跨越电池板间间隙。本发明的光伏电池板组清洗装置能在各块光伏太阳能电池板之间行走，逐块清洗，而且能够回收废水，既能圆满、迅速地自动完成除尘清洗太阳能电池板的工作，又能在完成时不产生水渍，还能充分利用水，既实现了省时省力地全自动化作业，还非常环保。

Description

基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置

技术领域

本发明涉及一种清洗装置，尤其涉及一种基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置。

背景技术

面对当今全球能源短缺的现状下，各国都加紧了发展太阳能发电的步伐，中国2009年相继提出了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》、金太阳示范工程等鼓励光伏发电产业发展的政策，国内2020年光伏发电目标将达到20GW。

太阳能电池板发电效率每提升1～2个百分点，都需要耗费大量研发的资金；但是由于太阳能电池板表面积落的尘埃阻挡太阳光照射，影响太阳能电池板的光电转换效应，使得太阳能电池板的发电效率可能降低35-40%之多。

因此，太阳能电池板需要经常除尘和清洗。目前国内外主要采用价格昂贵的自洁材料；或者采用危险性大的人工清理方式，因为太阳能板安装的地点和安装方式大多不适宜采用人工清洗，而且稍具规模的太阳能电池板组数量都是比较大的，需要完成的清洗工作量都较大，如果采用人工清洗，则费工费力费时，且成本高昂；也有少量采用自动清洗装置，但都是针对单块太阳能光伏电池板的清洁。目前实用新型专利“太阳能电池板自动除尘装置”，ZL201020101440.3公开的一种机械装置：采用线性马达方式行走机械进行清洗和除尘，但要求清洗对象是单块太阳能光伏电池板，无法对成排安装的电池板组进行除尘清洗。而实际的太阳能发电厂中，都采用了成排安装的太阳能光伏电池板组，所以仅能清洗单块太阳能光伏电池板的自动清洗装置无法运用在太阳能发电厂中，使其实际应用价值受到很大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置，解决现在的清洗机械无法对由很多块太阳能电池板组成的电池板组进行自动清洗的缺陷。

技术方案

基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：包括电池板除尘清洗机构，装置行走机构和供水机构，其中：

所述电池板除尘清洗机构包括主机架，所述主机架固定在光伏电池板上，主机架包括横向设置在光伏电池板顶上和底下的顶板和底板，在顶板和底板之间竖直设置有滚珠丝杠，在所述滚珠丝杠上平行光伏电池板表面设置有滚筒清洗器，所述滚筒清洗器包括外壳体和内壳体，所述外壳体套装在滚珠丝杠上，外壳体内有滚珠丝杠滑台，由设置在顶板或底板上的步进电机驱动在滚珠丝杠上运动，在所述外壳体内壁上设置有横向导轨，内壳体的外壁上设置有与所述导轨匹配的滑块，使内壳体在外壳体内能横向前后运动，所述外壳体和内壳体面向光伏电池板的一面均为敞开的，内壳体与电池板接触的四周布有柔性筋条，与壳体接触达到密封作用,内壳体内设置有清洗用的滚刷，滚刷的外端正好或超出内壳体面向光伏电池板的一面；

在所述主机架的顶板或底板与光伏电池板之间设置有装置行走机构，所述装置行走机构包括通过弹性悬挂固定在主机架的顶板与光伏电池板上端面或者底板与光伏电池板下端面之间的行走轮，所述行走轮包括主动轮和被动轮，所述行走轮由行走电机通过减速机构驱动，在所述行走轮行走方向一侧设置有跨越轮，所述被动轮在主动轮和跨越轮之间，所述跨越轮由安装在所述顶板或底板上的跨越电机驱动，所述跨越轮通过包括跨越轮支杆的连接组件与跨越电机连接，使跨越轮能以跨越电机为轴心旋转或缩放或既旋转又缩放，跨越轮支杆从而向后收起或向前放出跨越轮，在所述顶板或底板上位于两个行走轮外沿处分别设置有位置传感器，以检测行走轮是否已走到一块光伏太阳能板的边缘；

所述供水机构包括供水器和供水管及控制器，所述供水管连接至滚筒清洗器，所述控制器分别与滚筒清洗器、行走电机、跨越电机、传感器和供水器电连接，控制滚筒清洗器对光伏电池板进行清洗，行走轮带动装置行走，跨越轮带动装置跨越一块光伏电池板行走至下一块光伏电池板，供水器通过供水管给滚筒清洗器供水。

进一步，所述滚筒清洗器的内壳体面向光伏电池板的一面为敞开的，其它面均为封闭的，在面向光伏电池板的一面的四周安装有柔性密封条，所述供水机构采用循环供水系统，设置有供水管和回水管接至所述内壳体内。

所述外壳体在面向光伏电池板的一面的四周安装有刮水渍橡胶刷。

进一步，所述滚筒清洗器内的滚刷横向设置有多个，所有滚刷的中间转轴位于相同一侧的延伸段外套有传动皮带，所述滚刷的其中一个的中间转轴或传动皮带的带轮由转动电机带动转动，从而带动传动皮带前进，进而带动所有滚刷转动。

进一步，在所述滚筒清洗器的外壳体的面向光伏电池板的一面的上下端设置有限位传感器，所述限位传感器与控制器电连接。

进一步，所述行走轮的主动轮与被动轮之间采用带传动进行运动的同步。

进一步，在行走轮的两侧设置有两个夹紧轮，所述夹紧轮通过连杆固定在行走轮的中心轮轴上，两个夹紧轮一个位于光伏电池板的正面，另一个位于光伏电池板背面，夹紧光伏电池板，稳定行走轮。

所述行走轮的中心轮轴分为中心块和中心块外的环形块，两块之间为滚动配合，环形块带动轮子转动前进，中心块向两侧延长，所述夹紧轮的转轴与行走轮中心轮轴的中心块垂直，并采用销轴连接，使夹紧轮的转轴能沿行走轮的中心轮轴方向摆动，使夹紧轮贴紧或远离光伏电池板。

进一步，所述跨越电机连接跨越轮的连接组件包括跨越轮支杆，所述跨越轮支杆通过轮齿与跨越电机输出轴同向转动的转动齿轮相啮合，所述跨越轮支杆上安装有电磁开关，电磁开关控制跨越轮支杆与转动齿轮啮合固定或随转动齿轮的转动而移动，所述电磁开关与控制器电连接，接受控制器信号控制。

进一步，所述供水机构采用在地面上设置的供水小车，包括车轮和设置在车轮上的供水器和控制器，所述控制器还和供水小车的驱动电连接，控制供水小车行走。

本发明的基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置能在各块光伏太阳能电池板之间行走，逐块清洗，而且能够回收废水，既能圆满、迅速地自动完成除尘清洗太阳能电池板的工作，又能在完成时不产生水渍，还能充分利用水，节约水源，既实现了省时省力地全自动化作业，还非常环保，节约了资源，降低了成本。

附图说明

图1为本发明整体示意图。

图2为本发明中电池板除尘清洗机构上部分示意图。

图3为图2中A处放大示意图。

图4为本发明中装置行走机构位于光伏电池板上端面上的部分的放大示意图。

图5为行走轮与夹紧轮的配合的示意图。

图6为跨越轮与跨越电机采用齿轮齿条的连接结构示意图。

图7为跨越轮未跨越之前的示意图。

图8为跨越轮跨越中示意图。

其中：1-电池板除尘清洗机构，2-装置行走机构，3-供水机构，11-主机架，12-顶板，13-底板，14-滚珠丝杠，15-滚筒清洗器，16-外壳体，17-内壳体，18-步进电机，19-横向导轨，1A-滑块,1B-滚刷，1C-传动皮带，1D-转动电机，1E-限位传感器，1F-直线圆导轨,21-弹性悬挂,22-行走轮，23-行走电机,24-跨越轮，25-跨越电机，26-跨越轮支杆，27-夹紧轮,28-转动齿轮，29-电磁开关，31-供水管，32-回水管，221-中心块，222-环形块。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

本发明申请借鉴高楼壁面玻璃墙清洗技术，提出了解决电池板组的除尘清洗一种新型装置，清洗和供液两模块独立分体；采用单轨行走架技术，清洗机器人的双方向压紧轮与太阳能电池板金属边缘可靠接触，保证机器人在后轮电机驱动下，定向行走；当检测到电池板间沟槽时，利用折叠型压杆轮技术的展开功能实现跨越电池板间间隙，可实现电池板组的除尘清洗，为太阳能电池产业应用推广提供坚实基础。

一种基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置，包括电池板除尘清洗机构1，装置行走机构2和供水机构3，其中：

所述电池板除尘清洗机构1包括主机架11，所述主机架11固定在光伏电池板上，主机架11包括横向设置在光伏电池板顶上的顶板12和底下的底板13，在顶板12和底板13之间竖直设置有滚珠丝杠14，在所述滚珠丝杠14上平行光伏电池板表面设置有滚筒清洗器15，所述滚筒清洗器15包括外壳体16和内壳体17，所述外壳体16套装在滚珠丝杠14上，外壳体16内有配合的滚珠丝杠滑台，外壳体16由设置在顶板12或底板13上的步进电机18驱动在滚珠丝杠14上运动，在所述外壳体16内壁上设置有横向导轨19，内壳体17的外壁上设置有与所述导轨匹配的滑块1A，使内壳体17在外壳体16内能横向前后运动，也可以采用在内外壳体之间安装横向设置的滚珠丝杠和配合的滑台滑块，由另一个步进电机驱动使内壳体17在外壳体16内能横向前后运动，所述外壳体16和内壳体17面向光伏电池板的一面均为敞开的，内壳体17内设置有清洗的滚刷1B，滚刷1B的外端正好或超出内壳体17面向光伏电池板的一面；

在所述主机架的顶板12或底板13与光伏电池板之间设置有装置行走机构2，所述装置行走机构包括通过弹性悬挂21固定在主机架的顶板12与光伏电池板上端面或者底板13与光伏电池板下端面之间的行走轮22，所述行走轮22包括主动轮和被动轮，所述行走轮22由行走电机23通过减速机构驱动，在所述行走轮22行走方向一侧设置有跨越轮24，所述被动轮在主动轮和跨越轮24之间，所述跨越轮24由安装在所述顶板12或底板13上的跨越电机25驱动，所述跨越电机25通过包括跨越轮支杆26的连接组件连接跨越轮24，使跨越轮24能以跨越电机25为轴心旋转或缩放跨越轮支杆26从而收缩或放出跨越轮24，在所述顶板12或底板13上位于两个行走轮外沿处分别设置有位置传感器，以检测行走轮22是否已走到某块光伏太阳能板的边缘；

所述供水机构3包括供水器和供水管31及控制器，所述供水管31连接至滚筒清洗器15，所述控制器分别与滚筒清洗器15、行走电机23、跨越电机25、位置传感器和供水器电连接，控制滚筒清洗器15对光伏电池板进行清洗，行走轮22带动装置行走，跨越轮24带动装置跨越一块光伏电池板行走至下一块光伏电池板，供水器通过供水管31给滚筒清洗器15供水。

所述滚筒清洗器15的内壳体17面向光伏电池板的一面为敞开的，其它面均为封闭的，在面向光伏电池板的一面的四周安装有密封条，则在内壳体17贴紧太阳能光伏板表面后，形成密闭清洗室，无水渍往下流，对光伏板下沿造成污染，固定在外壳体16表面的上的刮水渍橡胶条起到刮除残余水渍的作用，保证太阳能板表面无水渍残留，所述供水机构采用循环供水系统，设置有供水管31和回水管32接至所述内壳体17内。

所述滚筒清洗器15内的滚刷1B横向设置有多个，所有滚刷1B的中间转轴位于相同一侧的延伸段外套有传动皮带1C，所述滚刷1B的其中一个的中间转轴或传动皮带1C的带轮由转动电机1D带动转动，从而带动传动皮带1C前进，进而带动所有滚刷1B转动。

在所述滚筒清洗器15的外壳体16的面向光伏电池板的一面的上下端设置有限位传感器1E，所述限位传感器1E与控制器电连接，反馈滚筒清洗器15的位置信号。

所述顶板12和底板13之间设置有两根直线圆导轨1F，所述滚筒清洗器15设置在两根直线圆导轨1F上。

行走轮22的主动轮与被动轮之间采用带传动或其它同步形式进行运动的同步。在行走轮22的两侧设置有两个夹紧轮27，所述夹紧轮27通过连杆固定在行走轮22的中心轮轴上，两个夹紧轮27一个位于光伏电池板的正面，另一个位于光伏电池板背面，夹紧光伏电池板，稳定行走轮22。

所述行走轮22的中心轮轴分为中心块221和中心块外的环形块222，两块之间以滚珠轴承连接，为滚动配合，环形块222带动轮子转动前进，在前进的过程中，中心块221不会跟随转动，中心块221向两侧延长，所述夹紧轮27的转轴与行走轮中心轮轴的中心块垂直，并采用销轴连接，使夹紧轮27的转轴能沿行走轮22的中心轮轴方向摆动，使夹紧轮27贴紧或远离光伏电池板。

所述跨越电机25连接跨越轮24的连接组件包括跨越轮支杆26，所述跨越轮支杆26通过轮齿与跨越电机25输出轴同向转动的转动齿轮28相啮合，所述跨越轮支杆26上安装有电磁开关29，电磁开关29控制跨越轮支杆26与转动齿轮28啮合固定或随转动齿轮28的转动而移动，所述电磁开关29与控制器电连接，接受控制器信号控制。

所述供水机构3采用在地面上设置的供水小车，包括车轮和设置在车轮上的供水器和控制器，所述控制器还和供水小车的驱动电连接，控制供水小车行走，所述控制器为电气控制系统，整个机器人装置的自动控制输入信号皆由传感器发送至PLC控制器，经PLC内的控制模块处理后，控制各输出元件（步进电机及其它各种电机、继电器、电磁开关等）的工作。此供水小车在直流驱动电机驱动下，与装置行走机构同步运动。

本光伏电池板清洗机器人装置进行攀爬和移动的原理如下：

在待清洗光伏电池板表面安装好该自动清洗机器人后，闭合启动按钮，电池板除尘清洗机构1通过丝杠驱动到太阳能电池板最上处，机器人的电池板除尘清洗机构1开始工作，PLC向带动滑块1A的电机发送设定好的一定量的脉冲数，电机驱动滑块1A向靠近太阳能光伏板的方向移动，即内壳体17向靠近太阳能光伏板的方向移动（或者采用设置在内外壳体之间的横向设置的滚珠丝杠和配合的滑台滑块和驱动的步进电机，使内壳体17向靠近太阳能光伏板的方向移动），脉冲停止输出后，内壳体17上的橡胶密封圈压紧太阳能光伏电池板表面，形成密闭清洗室，PLC控制下供水机构3的直流水泵开始向密闭清洗室持续供应水流，润湿太阳能光伏电池板表面的同时，三个安装在内壳体17中的清洁用的滚刷1B在转动电机1D的驱动下，通过带轮和传动皮带1C转动，在清洗一定时间后，直流水泵停止运转，之后，PLC给带动滑块1A的电机发送方向信号和脉冲信号，促其翻转运行一定脉冲数后，内壳体17抬起，抬起结束后，PLC向步进电机18发送一定量的脉冲数，使滚珠丝杠滑台的滑块向下移动一定距离，电池板除尘清洗机构1也随之移动，开始清洗下一表面，再次移动过程中，固定在外壳体16表面的上的刮水渍橡胶条起到刮除残余水渍的作用，保证太阳能板表面无水渍残留，而后重复上述流程。当清洗完太阳能光伏板上一条纵向的面积后，安装在清洗机构外壳体16边缘上的限位传感器1E检测到太阳能光伏板的边缘，而后行走电机23启动一定时间，装置行走机构2向前行走一段距离后停止，驱动步进电机18使清洗机构上升至太阳能电池板顶，重复上述清洗动作，同时，供水机构3的地面供水小车行走一定距离，与装置行走机构2保持合适的距离。当清洗到一块太阳能光伏板的边缘，位于当遇到两块电池板间的间隙，需要跨越此块太阳能光伏板，清洗下一块时，位于行走机构1的主机架11边缘上的位置传感器检测到光伏板的边缘，发送信号给PLC，PLC控制跨越轮24在跨越电机25的牵引下翻转和伸长至下一块太阳能电池板的上端面上，作为跨越支点使用，通过两块电池板间的间隙到达下一块电池板，如果两块电池板间的间隙较大时，行走轮22的主动轮与被动轮由于带传动连接，即使主动轮在位于间隙时，被动轮也能继续前进，跨越完毕时，位于主机架11另一侧边缘上的位置传感器检测到第二块太阳能光伏电池板的边缘，发送信号给PLC，PLC控制跨越轮24再翻转回去，然后重复上述清洗步骤。

根据以上技术方案提出的这种光伏电池板组清洗装置，能适用于大型太阳能发电厂中成排安装的太阳能光伏电池板的清洁工作，且在此类大型厂区中做到即时即用、安装拆卸简单、清洗性价比高、清洗质量好的特点。并且由于清洗时在密闭的装置中进行，没有水渍残留，达到了更好的清洁效果。

地面的供水小车还可以固定有水循环装置：水泵进行清洗液输送，隔膜进行污秽过滤，以实现对太阳能电池板的除尘和清洗，同时水清洗的降温，大大提高电池板吸热效率。

Claims (10)

1.基于单轨行走部的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：包括电池板除尘清洗机构（1），装置行走机构（2）和供水机构（3），其中：

所述电池板除尘清洗机构（1）包括主机架（11），所述主机架（11）固定在光伏电池板上，主机架（11）包括横向设置在光伏电池板顶上和底下的顶板（12）和底板（13），在顶板（12）和底板（13）之间竖直设置有滚珠丝杠（14），在所述滚珠丝杠（14）上平行光伏电池板表面设置有滚筒清洗器（15），所述滚筒清洗器（15）包括外壳体（16）和内壳体（17），所述外壳体（16）套装在滚珠丝杠（14）上，外壳体（16）内有滚珠丝杠滑台，由设置在顶板（12）或底板（13）上的步进电机（18）驱动在滚珠丝杠（14）上运动，在所述外壳体（16）内壁上设置有横向导轨（19），内壳体（17）的外壁上设置有与所述导轨匹配的滑块（1A），使内壳体（17）在外壳体（16）内能横向前后运动，所述外壳体（16）和内壳体（17）面向光伏电池板的一面均为敞开的，内壳体与电池板接触的四周布有柔性筋条，与壳体接触达到密封作用，内壳体（17）内设置有清洗的滚刷（1B），滚刷（1B）的外端正好或超出内壳体（17）面向光伏电池板的一面；

在所述主机架的顶板（12）或底板（13）与光伏电池板之间设置有装置行走机构（2），所述装置行走机构包括通过弹性悬挂（21）固定在主机架的顶板（12）与光伏电池板上端面或者底板（13）与光伏电池板下端面之间的行走轮（22），所述行走轮（22）包括主动轮和被动轮，所述行走轮（22）由行走电机（23）通过减速机构驱动，在所述行走轮（22）行走方向一侧设置有跨越轮（24），所述被动轮在主动轮和跨越轮（24）之间，所述跨越轮（24）由安装在所述顶板（12）或底板（13）上的跨越电机（25）驱动，所述跨越轮（24）通过包括跨越轮支杆（26）的连接组件与跨越电机（25）连接，使跨越轮（24）能以跨越电机（25）为轴心旋转或缩放或既旋转又缩放，跨越轮支杆（26）从而向后收起或向前放出跨越轮（24），在所述顶板（12）或底板（13）上位于两个行走轮外沿处分别设置有位置传感器，以检测行走轮（22）是否已走到一块光伏太阳能板的边缘；

所述供水机构（3）包括供水器和供水管（31）及控制器，所述供水管（31）连接至滚筒清洗器（15），所述控制器分别与滚筒清洗器（15）、行走电机（23）、跨越电机（25）、位置传感器和供水器电连接，控制滚筒清洗器（15）对光伏电池板进行清洗，行走电机（23）驱动行走轮（22）带动装置行走，跨越电机（25）驱动跨越轮（24）带动装置跨越一块光伏电池板行走至下一块光伏电池板，供水器通过供水管（31）给滚筒清洗器（15）供水。

2.如权利要求1所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：所述滚筒清洗器（15）的内壳体（17）面向光伏电池板的一面为敞开的，其它面均为封闭的，在面向光伏电池板的一面的四周安装有柔性筋条，所述供水机构采用循环供水系统，设置有供水管（31）和回水管（32）接至所述内壳体（17）内。

3.如权利要求2所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：所述外壳体（16）在面向光伏电池板的一面的四周安装有刮水渍橡胶刷。

4.如权利要求1或2所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：所述滚筒清洗器（15）内的滚刷（1B）横向设置有多个，所有滚刷（1B）的中间转轴位于相同一侧的延伸段外套有传动皮带（1C），所述滚刷（1B）的其中一个的中间转轴或传动皮带（1C）的带轮由转动电机（1D）带动转动，从而带动传动皮带（1C）前进，进而带动所有滚刷（1B）转动。

5.如权利要求1或2所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：在所述滚筒清洗器（15）的外壳体（16）的面向光伏电池板的一面的上下端设置有限位传感器（1E），所述限位传感器（1E）与控制器电连接，反馈滚筒清洗器（15）的位置信号。

6.如权利要求1所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：所述行走轮（22）的主动轮与被动轮之间采用带传动进行运动的同步。

7.如权利要求1所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：在行走轮（22）的两侧设置有两个夹紧轮（27），所述夹紧轮（27）通过连杆固定在行走轮（22）的中心轮轴上，两个夹紧轮（27）一个位于光伏电池板的正面，另一个位于光伏电池板背面，夹紧光伏电池板，稳定行走轮（22）。

8.如权利要求7所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：所述行走轮（22）的中心轮轴分为中心块（221）和中心块（221）外的环形块（222），两块之间为滚动配合，环形块（222）带动轮子转动前进，中心块（221）向两侧延长，所述夹紧轮（27）的转轴与行走轮中心轮轴的中心块垂直，并采用销轴连接，使夹紧轮（27）的转轴能沿行走轮（22）的中心轮轴方向摆动，使夹紧轮（27）贴紧或远离光伏电池板。

9.如权利要求1所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：所述跨越电机（25）连接跨越轮（24）的连接组件包括跨越轮支杆（26），所述跨越轮支杆（26）通过轮齿与跨越电机（25）输出轴同向转动的转动齿轮（28）相啮合，所述跨越轮支杆（26）上安装有电磁开关（29），电磁开关（29）控制跨越轮支杆（26）与转动齿轮（28）啮合固定或随转动齿轮（28）的转动而移动，所述电磁开关（29）与控制器电连接，接受控制器信号控制。

10.如权利要求1或2所述的光伏电池板组清洗装置，其特征在于：所述供水机构（3）采用在地面上设置的供水小车，包括车轮和设置在车轮上的供水器和控制器，所述控制器还和供水小车的驱动电连接，控制供水小车行走。