CN105149253A - 太阳能电池板清扫装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动清洁技术领域，具体公开一种太阳能电池板清扫装置及系统。本发明的太阳能电池板清扫装置无需针对太阳能电池板进行改造，直接放置在太阳能电池板表面即可进行有效的清扫；在太阳能电池板之间隙较大或者太阳能电池板倾斜时同样也能够进行有效的清扫。本发明的太阳能电池板清扫系统采用转运的方式，实现了不同太阳能电池板组区域的清扫装置转运工作，使清扫过程实现了完全的自动化。

Description

太阳能电池板清扫装置及系统

技术领域

本发明涉及自动清洁技术领域，特别涉及一种太阳能电池板清扫装置及系统。

背景技术

面对全球气候变化带来的挑战和能源安全性的问题，人类需要寻求可再生能源，而太阳能就是一种清洁的、可再生的能源。随着太阳能发电成本的降低，光伏产业进入了一个全球发展的新纪元。而太阳能电池板是太阳能电站产生电能的根源，光伏组件转化太阳能的效率直接决定着太阳能电站的发电量。我国的地面光伏电站主要集中在西北地区，这些地区太阳能资源十分丰富，全年日照达3200小时以上，但是西北地区的自然环境比较恶劣，尤其是春秋季节沙尘暴天气会给光伏组件表面带来大量的污尘，严重影响了光伏组件的发电量，一般情况下，对于3个月没有清理的太阳能电池组件来说，会有5％的输出功率损失，而在位于恶劣环境下的太阳能电池组件在20天没有清理的情况下，损失大约会达到12％。

目前，针对光伏电站的除尘，分别采取人工、高压水枪、喷淋系统等清洗方案。人工清洗清洗效率低，人员素质差异导致清洁过程不易控制、清洁效果一致性差，对组件玻璃有磨损，影响透光率和寿命；高压水枪清洗用水量大，1MW每次清洗的用水量约10吨，不适合缺水地区，有的水枪压力较大，会造成组件裂纹，不适合车辆行驶的山地电站无法应用；喷淋系统清洗效果不好，用水量较大，1MW每次清洗的用水量约6-7吨。

现有公开的自动清洁太阳能电池板的装置，往往需要对太阳能电池板组进行改造，外加支架，对太阳能电池板组安装要求较高，需紧密安装在同一水平面内，且太阳能电池板间隙较大或倾斜时无法进行清扫；无法清扫安装在不同区域的太阳能电池板组；更加无法自行清洁，会导致清扫刷过脏而影响清洁装置的清扫效果。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术中的缺陷，提供一种新型太阳能电池板清扫装置，无需针对太阳能电池板及支架进行任何改造，直接放置在太阳能电池板表面即可进行有效的清扫；在太阳能电池板之间隙较大或者太阳能电池板倾斜时同样也能够进行有效的清扫。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种太阳能电池板清扫装置，包括：设置于太阳能电池板上的移动导轨，控制系统，以及设置于所述移动导轨上的行走机构、清扫机构、供电装置和收揽结构；所述行走机构设置于所述太阳能电池板与所述移动导轨之间，所述行走机构托举所述移动导轨；所述移动导轨包括两个横梁和两个立梁，所述两个横梁与所述两个立梁组成矩形框架，所述两个横梁均设置于所述太阳能电池板的发光区域之外。

优选的，所述行走机构包括设置于所述立梁上的行走电机、行走轮以及支撑轮；所述行走电机驱动所述行走机构运动。

优选的，所述行走轮至少有四个，分别设置于所述两个立梁上。

优选的，所述供电装置设置于所述太阳能电池板的发光区域之外；所述供电装置为蓄电池或太阳能电池。

优选的，所述两个立梁，所述两个横梁之间设置有自清洁机构，所述自清洁机构设置于所述太阳能电池板的发光区域之外。

优选的，所述清扫机构包括清扫电机、清扫刷和清扫转动轴；所述清扫刷套设于所述清扫转动轴上；所述清扫电机驱动所述清扫转动轴转动从而带动所述清扫结构运动。

优选的，所述收揽机构包括收揽电机、收揽转动轴、滚筒和电缆，所述电缆与所述清扫机构连接。

优选的，所述控制系统包括智能控制器、控制终端以及监控模块；所述智能控制器控制所述行走电机、清扫电机和收揽电机运行；所述智能控制器通过所述控制终端实现远程控制；所述监控模块设置于所述清扫机构上。

另一方面，本发明提供一种太阳能电池板清扫系统，包括上述的清扫装置，所述清扫系统还包括与清扫装置连接的转运装置，所述转运装置用于控制所述清扫装置在不同的太阳能电池板区域之间运动。

优选的，所述转运装置为转运车，所述转运车包括车体、支撑模块、控制模块以及充电装置；所述充电装置可对所述供电装置进行充电。

本发明的有益效果在于：提供一种新型太阳能电池板清扫装置，无需针对太阳能电池板进行任何改造，直接放置在太阳能电池板表面即可进行有效的清扫；在太阳能电池板之间隙较大或者太阳能电池板倾斜时同样也能够进行有效的清扫。本发明提供的清扫装置可采用无水清扫的方式，特别适合西北等缺水、干旱的地区，清扫刷配合鼓风机的清扫装置能够清扫掉太阳能电池板上的大部分污尘。

另外，本发明提供的太阳能电池板清扫系统，采用转运的方式，实现不同太阳能电池板组区域的清扫装置转运工作，清扫过程实现了完全的自动化。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的清扫装置结构示意图。

图2为根据本发明一个实施例的清扫装置的主视图。

图3为根据本发明一个实施例的转运车的结构示意图。

图4为根据本发明一个实施例的转运车转运方式示意图。

附图标记：

行走机构10：固定支撑侧轮101、防倾覆支撑轮102、浮动支撑侧轮103、行走轮104A、行走轮104B、行走轮104C、行走轮104D、行走电机105、移动导轨106、边缘传感器107、上限位传感器108、下限位传感器109、横梁110、立梁111、差速传感器112；

清扫机构20：清扫电机201、传动带202、清扫转动轴203、清扫刷204、自清洁机构205；

收揽机构30：收揽电机301、收揽转动轴302、滚筒303、卷揽304；

供电装置40；智能控制器50；

转运车60：车体601、充电模块602、支撑架603、控制模块604；

太阳能电池板70：第一太阳能电池板组区域701、第二太阳能电池板组区域702；

转运车轨道80。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

首先参考图1和图2所示，一种实施方式的太阳能电池板清扫装置，包括：设置于太阳能电池板70上的移动导轨106，控制系统，以及设置于移动导轨106上的行走机构10、清扫机构20、收揽结构30和供电机构40。其中，行走机构10、清扫机构20和收揽机构30分别由行走电机105、清扫电机201和收揽电机301驱动运动。移动导轨106跨接在太阳能电池板70上。

其中，移动导轨106包括两个横梁110和两个立梁111，两横梁110和两立梁111组成矩形框架，矩形框架与与太阳能电池板上表面平行，两个立梁111上分别设有上限位传感器108和下限位传感器109。还包括限制清扫机构30上、下清扫运动的行程的边缘传感器107，当移动导轨106移动至太阳能电池板70左、右边缘时发出信号控制移动导轨106停止。

行走机构10设置于太阳能电池板70与移动导轨106之间，托举移动导轨106；行走机构10具体包括设置于立梁111上的行走电机105和行走轮，行走电机105可以采用步进电机或者伺服电机等，行走电机105有两个，行走轮有四个，具体可如图2中所示，包括行走轮104A、104B、104C和104D，分别分布在两个立梁111上。图1中由于角度问题，104A与104C重合，104B与104D重合，因此只看到两个行走轮。行走轮承担整个清扫机构20的大部分重量。在其他的实施方式中，行走轮还可以设置为六个、八个或十个等等，更好的增加清扫装置结构的稳定性，改善太阳能电池板的受力。

具体的，如图2所示，四个行走轮中，104B与104D这两个为主动行走轮，安装在右侧立梁111的上下两端，由行走电机105带动，而104A与104C这两个则为从动行走轮，安装在左侧立梁111的上下两端，行走轮压在太阳能电池板70的上表面，行走电机105由智能控制器50控制，在跨越太阳能电池板70时，智能控制器50会调节行走电机105的转速，从而改变移动导轨106的运动速度，实现在太阳能电池板间的跨越，进而实现在太阳能电池板之间隙较大或者太阳能电池板倾斜的有效清扫。

行走机构10还包括支撑轮，具体包括安装在横梁110上端的固定支撑侧轮101、防倾覆支撑轮102，固定支撑侧轮101能够分担整个清扫装置的重力在平行太阳能电池板70方向上的分力，使得整个清扫装置不会从太阳能电池板70上滑落。另外还包括安装在立梁111下端的浮动支撑侧轮103、防倾覆支撑轮102，其中，浮动支撑侧轮103主要用于防止清扫装置在大风环境下发生倾覆，而防倾覆支撑轮102则主要用于防止清扫装置在行走过程中发生倾斜。

优选的实施方式中，行走机构10还具有差速调节功能，通过装在行走轮上的差速传感器112，判断移动导轨106在太阳能电池板70上是否发生左、右倾斜，若移动导轨106发生左、右倾斜，则智能控制器50会控制两个行走电机105采用不同的转速行走，以修正移动导轨106的倾斜。

清扫机构20固定在安装有导轮的底板上，移动导轨106的两个立梁111内部中空，导轮在立梁111内部滑动，底板通过导轮与移动导轨106连接，并实现在移动导轨106上的滑动。清扫机构20包括清扫电机201、清扫转动轴202，连接在清扫转动轴202上的清扫刷203，清扫转动轴202通过带轮204由清扫电机201带动转动。另一种实施方式中，带轮204可替换为链轮，通过链传动实现清扫电机201与清扫转动轴202之间的传动。

更加优选的实施方式中，清扫机构20上还可以装备气泵，在清扫刷203清扫太阳能电池板70的同时，用高压气体进行再次清扫，提高清扫质量。清扫机构20可采用防水防尘设计，在降雨条件下依然可以进行清扫工作，且清扫刷201的转速可调，在晴天与雨天条件下，使用不同的转速，以提升清扫效率与效果。

两个横梁110之间可设置自清洁机构205，自清洁机构205设置于太阳能电池板70的发光区域之外。自清洁机构205可采用网状结构或者仅使用横杆，材料可使用塑料或者金属，通过清扫机构20中的清扫刷203与自清洁机构205摩擦去除灰尘，达到使清扫刷203自清洁的目的。

收缆机构30安装在移动导轨106的上端，具体在上端横梁110与立梁111之间有块固定底板，通过将收缆机构30固定在固定底板上来实现连接。收缆机构30包括收缆电机301，收缆转动轴302以及安装在收缆转动轴上的滚筒303，连接在滚筒303上的至少一根卷缆304，卷揽304可以使用钢缆，卷揽304与滚筒303采用可拆连接，方便卷揽304的更换与维修。收缆机构30通过卷缆304与清扫机构20相连，在收缆电机301带动下，带动清扫机构20上下往复工作。

另外的实施方式中，收缆机构30还可以采用丝杠机构，通过将丝杠安装在移动导轨106的一侧立梁110上，由收缆电机301带动丝杠转动，从而带动清扫机构20上下往复工作。

清扫装置上还可以设有供电装置40，供电装置40设置于太阳能电池板70的发光区域之外，供电装置40可采用蓄电池或太阳能电池，具体安装位置可如图1中所示，蓄电池或太阳能电池给清扫装置提供电能，同时还可以在蓄电池或太阳能电池上增加电量检测装置，电量检测装置与智能控制器50相连，当蓄电池或太阳能电池的电量低于一定值时，清扫装置会停止清扫工作。

控制系统包括智能控制器、控制终端以及监控模块。智能控制器50安装在清扫装置上，具体可安装在移动导轨106的一侧，控制清扫装置的行走、收缆以及清扫运动；智能控制器50可使用PLC或单片机，配合速度传感器、位置传感器、光栅编码器等各类传感器以及各类电机实现对清扫装置的运行和状态控制。

控制终端可设置在员工工作区域，实现远程操控，具体可通过无线连接的方式实现。

监控模块可以包括三大部分的监控，一部分是程序监控，当程序运行错误，或者电机、传感器工作异常时，智能控制器将进行报警，无线传输模块将信息传送至控制终端；另一部分是定位监控，通过GPS定位系统对清扫装置进行实时定位，位置出现异常时进行报警；第三部分是图像监控，通过摄像设备对清扫装置进行图像监控，后台工作人员能实时观察清扫装置的工作情况，实现白天和夜间的24小时监控。摄像设备可使用网络数字摄像头及红外摄像头，也可以使用具有此类摄像功能的其他摄像头。

本实施方式提供的太阳能电池板清扫装置的具体工作过程为：开始清扫时，清扫装置离开停靠位置，智能控制器50通过给行走电机105发送指令，行走电机105驱动行走轮104行走，使行走轮104带动移动导轨106平稳地向前行进。通过限位传感器判断，当清扫机构20行进至清扫区域时，行走轮停止，收缆机构30和清扫机构20共同配合对太阳能电池板70表面进行清扫。向下清扫时，卷缆304伸长，清扫机构20依靠重力向下运动，同时，清扫电机201带动清扫转动轴203转动，清扫转动轴203带动清扫刷204旋转对太阳能电池板70表面进行清扫，所有清扫刷204都是按照同一方向旋转。当清扫机构20清扫到最下端时，下端限位传感器109发送一个信号给智能控制器50，智能控制器50接受到下端到位信号后，发送指令给清扫电机201，使清扫电机201快速旋转，使清扫刷204与自清洁机构205摩擦进行自清洁。自清洁完毕之后，智能控制器50发送指令给收缆电机301，收缆电机301带动收缆转动轴302转动，收缆转动轴302带动滚筒303旋转，滚筒303带动电缆304收缩，电缆304拖动清扫机构20向上行进至停止位，上端限位传感器108发送信号给智能控制器50，智能控制器50接受到上端到位信号后，收缆电机301停止工作，至此，一次清扫结束。接下来继续进行下一次清扫。

参考图3和图4所示，一种实施方式的太阳能电池板清扫系统，包括清扫装置，以及与清扫装置连接的转运装置，其中，转运装置用于控制清扫装置在不同的太阳能电池板组区域之间运动。

转运装置可为转运车60，转运车60包括车体601、充电模块602、支撑架603以及控制模块604，通过控制模块604实现高度与角度的调节，使支撑架603与太阳能电池板70保持在同一平面。清扫完一个区域的太阳能电池板组后，清扫装置运行到停在边缘的转运车60的支撑架603上。具体的，转运装置上的智能控制器50控制支撑架603调节角度，支撑架603上表面与太阳能电池板上表面处于同一平面时，清扫机构20从太阳能电池板上表面直接运动至支撑架上。

转运车60可以采用有轨转运，可以在转运轨道80上手动推至下一区域太阳能电池板组处，也可以在控制模块604的控制下自动运行至下一区域太阳能电池板组处。如图3中所示，在一个区域的太阳能电池板组清扫完成后，通过转运轨道80，转运车60带动清扫装置从第一太阳能电池板组区域701转运到第一太阳能电池板组区域702，进行针对下一区域太阳能电池板组的清扫。

转运车60上设有充电装置602，可与清扫装置上的供电装置40相连进行充电，实现清扫系统的自充电，解决整个清扫系统的供电问题。当供电装置40的电量低于一定值时，清扫装置会停止清扫工作，并且移动到转运车60上进行充电。

转运车60上还可另外安装监控模块，监控模块可使用各类摄像头以及光电传感器，以监控清扫机器人以及太阳能电池板工作状态，监控模块可通过无线方式传输信息。

控制模块604同样也可采用智能控制器，具体可与监控模块通过无线方式控制终端连接，控制终端可以预设清扫装置的清扫程序，实现清扫过程的自动化和实时监控。还可在程序中增设自动报警程序，清扫装置中设置报警装置，当清扫装置工作异常时会触发报警装置。

在单纯采用本发明的清扫装置，而不采用包括转运车60的清扫系统时，可以在每排太阳能电池板组的一侧设置一个架子窝，架子窝下端固定在地面，上端安装支撑板，支撑板形状与太阳能电池板相同并与太阳能电池板并排相接，在架子窝上设置充电装置、遮阳罩以及监控摄像头，当清扫装置不工作时，移动到架子窝上进行充电，当清扫装置工作时，架子窝对清扫装置的工作状况进行监控。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池板清扫装置，其特征在于，包括：

设置于太阳能电池板上的移动导轨，控制系统，以及设置于所述移动导轨上的行走机构、清扫机构、供电装置和收揽机构；

所述行走机构设置于所述太阳能电池板与所述移动导轨之间，所述行走机构托举所述移动导轨；

所述移动导轨包括两个横梁和两个立梁，所述两个横梁与所述两个立梁组成矩形框架，所述两个横梁均设置于所述太阳能电池板的发光区域之外。

2.如权利要求1所述的清扫装置，其特征在于，所述行走机构包括设置于所述立梁上的行走电机、行走轮以及支撑轮；所述行走电机驱动所述行走机构运动。

3.如权利要求2所述的清扫装置，其特征在于，所述行走轮至少有四个，分别设置于所述两个立梁上。

4.如权利要求1所述的清扫装置，其特征在于，所述供电装置设置于所述太阳能电池板的发光区域之外；所述供电装置为蓄电池或太阳能电池。

5.如权利要求1所述的清扫装置，其特征在于，所述两个横梁之间设置有自清洁机构，所述自清洁机构设置于所述太阳能电池板的发光区域之外。

6.如权利要求1所述的清扫装置，其特征在于，所述清扫机构包括清扫电机、清扫刷和清扫转动轴；所述清扫刷套设于所述清扫转动轴上；所述清扫电机驱动所述清扫转动轴转动从而带动所述清扫结构运动。

7.如权利要求1所述的清扫装置，其特征在于，所述收揽机构包括收揽电机、收揽转动轴、滚筒和电缆，所述电缆与所述清扫机构连接，所述收揽电机驱动所述收揽机构运动。

8.如权利要求1所述的清扫装置，其特征在于，所述控制系统包括智能控制器、控制终端以及监控模块；所述智能控制器控制所述行走电机、清扫电机和收揽电机运行；所述智能控制器通过所述控制终端实现远程控制。

9.一种太阳能电池板清扫系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的清扫装置，所述清扫系统还包括与清扫装置连接的转运装置，所述转运装置用于带动所述清扫装置在不同的太阳能电池板区域之间运动。

10.如权利要求9所述的清扫系统，其特征在于，所述转运装置为转运车，所述转运车包括车体、支撑模块、控制模块以及充电装置；所述充电装置可对所述供电装置进行充电。