CN106944395B - 太阳能光伏表面自动清洗装置及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏表面自动清洗装置及清洗方法，包括支撑框架（2），支撑框架（2）上端设有附着物监测单元（3），支撑框架（2）两侧设有清洗单元（4），支撑框架（2）下端设有补光单元（5）；所述的附着物监测单元（3）包括扫描仪（31），扫描仪（31）连接有计算机处理单元（6），计算机处理单元（6）连接有控制器（7）和光敏传感器（32），控制器（7）与补光单元（5）和清洗单元（4）相连；利用扫描仪对光伏板表面进行扫描，通过计算机处理单元算出附着物n，并通过控制器控制清洗单元工作。本发明具有能够提高清洗效率、方便光伏板的清洗、改善清洗效果、消除安全隐患以及能够降低对光伏板发电的影响的特点。

Description

太阳能光伏表面自动清洗装置及清洗方法

技术领域

本发明涉及一种光伏板清洗装置，特别是一种太阳能光伏表面自动清洗装置及清洗方法。

背景技术

近年来太阳能光伏电池被广泛利用，光伏发电系统的输出受到众多因素的影响。随着我国各地区出现不同程度的雾霾天气，太阳能光伏电池组件表面颗粒物不易清理，造成面板接收到的太阳辐射减少，导致光伏转换系统发电量降低。另外，附着物吸收太阳辐射后使光伏面板升温，且附着物中含有腐蚀性的化学成分，会导致光电转换效率的降低。目前，市面上对于光伏板的清洗主要是通过人工定期进行清洗，人工清洗无法对每一块光伏板进行仔细的清洗，同时由于人手有限，往往无法及时清洗光伏板，不仅清洗效率低，而且还会影响光伏板的发电效率；一些光伏板安装在屋顶等危险地点，人工清洗存在一定的安全隐患，而且还会增加清洗的难度。另外，由于人工清洗往往只能在白天进行，而白天是光照最强的时候，光伏板基本上只能在白天进行发电作业，因此，白天清洗也会影响光伏板的发电效率。因此，现有的技术存在着清洗效率低、清洗难度大、清洗效果不理想、存在安全隐患以及会影响光伏板的发电效率的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种太阳能光伏表面自动清洗装置及方法。它具有能够提高清洗效率、方便光伏板的清洗、改善清洗效果、消除安全隐患以及能够降低对光伏板发电的影响的特点。

本发明的技术方案：太阳能光伏表面自动清洗装置，包括支撑框架，支撑框架上端设有附着物监测单元，支撑框架两侧设有清洗单元，支撑框架下端设有补光单元；所述的附着物监测单元包括固定在支撑框架上端的扫描仪，扫描仪连接有计算机处理单元，计算机处理单元连接有控制器和光敏传感器，控制器与补光单元和清洗单元相连；所述补光单元包括固定在支撑框架端部的集成带，集成带内的底部均匀设有铝基板，铝基板上设有一组灯珠，集成带内的侧壁设有弧形反光片，弧形反光片两端设有折射片；所述清洗单元包括分别固定在支撑框架两侧的高压清洗机构和吹风机构。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置中，所述折射片与弧形反光片之间的夹角为30-50度；所述弧形反光片的弧度为2-2.5rad,且弧形反光片与集成带垂直放置。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置中，所述支撑框架两侧分别设有滑行导轨，滑行导轨上嵌合有导向轮，导向轮经连杆连接有支架，支架上设有液压伸缩结构的伸缩杆；所述导向轮连接有驱动电机，驱动电机与控制器相连；所述支撑框架下方设有液压伸缩杆，液压伸缩杆底部与光伏板基座相固定，液压伸缩杆上端经铰接结构与支撑框架相连，液压伸缩杆和支撑框架之间设有锁紧螺母。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置中，所述高压清洗机构包括固定在支撑框架一侧的伸缩杆端部的高压喷水器，高压喷水器进水口经水管连接有过滤桶，过滤桶经水管连接有位于滑行导轨下方的接水槽，且接水槽位于补光单元下方；所述高压喷水器还连接有自来水管。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置中，所述的吹风机构包括固定在支撑框架另一侧的伸缩杆端部的吹风机，吹风机底部设有软质毛刷。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置中，所述支撑框架包括整体呈方形布置的4块独立的三角支撑板，每块三角支撑板下方均设有连接杆，连接杆的下部设有螺纹杆；所述的液压伸缩杆侧壁上设有多个压紧块，压紧块侧壁上设有支撑板，且支撑板与压紧块的外侧壁呈钝角设置，支撑板上设有螺纹孔，所述的螺纹杆通过螺纹孔与相邻的两块支撑板相连。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置中，所述扫描仪为激光三维扫描仪或图像扫描仪。

太阳能光伏表面自动清洗装置的清洗方法，利用扫描仪对太阳能光伏板表面进行扫描，通过计算机处理单元分析计算出作为检测指标的单位面积附着物数量n；通过设定两个阈值x、y（x<y），当单位面积内附着物的数量n<x时，不进行清理；当x<n<y时，控制器控制吹风机构启动，对太阳能光伏板表面进行清洁；当n>y时，控制器控制高压清洗机构启动，对太阳能光伏板表面进行清洁。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置的清洗方法中，所述扫描仪为激光三维扫描仪时单位面积附着物数量n的计算方法为，先通过光学扫描仪对太阳能光伏板表面大量点的三维坐标、纹理、反射率等信息进行采集，再通过计算机处理单元对太阳能光伏板表面的线面体和三维模型等数据进行重建，得到数学模型；通过激光三维扫描仪对太阳能光伏板表面的附着物进行扫描，并记录颗粒物数量，通过计算机处理单元计算得出单位面积内附着物的数量n。

前述的太阳能光伏表面自动清洗装置的清洗方法中，所述扫描仪为图像扫描仪时，单位面积附着物数量n的计算方法为通过图像扫描仪扫描图像检测的方式获得太阳能光伏板表面即时图像，通过计算得出单位面积内附着物的数量n。

与现有技术相比，本发明通过在光伏板上设置一个由附着物监测单元、清洗单元以及补光单元组成的太阳能光伏表面自动清洗装置，取代人工清洗，极大的方便了光伏板的清洗，提高了光伏板清洗的效率，改善了清洗的质量；同时，通过附着物监测单元对光伏板表面的附着物进行实时的监控，并通过控制清洗单元，进行精准的定位和清洗，保证光伏板表面附着物始终处于合格的范围内；而且，此装置可以在晚上进行清洗作业，降低白天清洗对光伏板发电产生的影响。通过设置补光单元，可以保证晚上或者白天光线不足时，扫描仪具有充足的光线进行扫描采样，同时通过设置弧形反光片，可以保证整块光伏板表面能够收到均匀的光照，还不会产生光污染，通过在弧形反光片两端设置折射片，能够充分利用光；而且，在白天阳光充足时，通过折射片和弧形反光片的组合还能将阳光反射到光伏板，起到有效的光补充，提高发电效率。通过在支撑框架两端分别设置高压清洗机构和吹风机构，通过高压清洗机构和吹风机构的相互配合，可以有效提高清洗质量，减少对光伏板的影响和损坏。综上所述，本发明具有能够提高清洗效率、方便光伏板的清洗、改善清洗效果、消除安全隐患以及能够降低对光伏板发电的影响的特点。

另外，通过将框架设置成4块独立的三角支撑板，并通过连接杆、压紧块和支撑板与液压伸缩杆相连，连接杆通过螺纹杆与支撑板螺纹连接，通过对支撑板进行旋紧，压紧块能够对液压伸缩杆产生一个径向的压力，从而使得压紧块能够紧密的贴合在液压伸缩杆上，三角支撑板上所承载的重量越重，支撑板的旋紧效果越明显，使得压紧块的压紧也就更牢固，有效的提高了支撑框架的连接强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是支撑框架的仰视图；

图3是补光单元的结构示意图；

图4是本发明的控制图；

图5是支撑框架的结构示意图；

图6是支撑框架的俯视图。

附图中的标记说明：1-光伏板，2-支撑框架，3-附着物监测单元，4-清洗单元，5-补光单元，6-计算机处理单元，7-控制器，8-高压清洗机构，9-吹风机构，10-光伏板基座，11-三角支撑板，12-连接杆，13-螺纹杆，14-压紧块，15-支撑板，16-螺纹孔，21-滑行导轨，22-导向轮，23-支架，24-伸缩杆，25-驱动电机，26-液压伸缩杆，31-扫描仪，32-光敏传感器，51-集成带，52-铝基板，53-灯珠，54-弧形反光片，55-折射片，81-高压喷水器，82-过滤桶，83-接水槽，91-吹风机，92-软质毛刷。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明限制的依据。

实施例。太阳能光伏表面自动清洗装置，构成如图1至图6所示，包括设置光伏板1外围的支撑框架2，支撑框架2上端设有附着物监测单元3，支撑框架2两侧设有清洗单元4，支撑框架2下端设有补光单元5；所述的附着物监测单元3包括固定在支撑框架2上端的扫描仪31，扫描仪31连接有计算机处理单元6，计算机处理单元6连接有控制器7和光敏传感器32，控制器7与补光单元5和清洗单元4相连；所述补光单元5包括固定在支撑框架2端部的集成带51，集成带51内的底部均匀设有铝基板52，铝基板52上设有一组灯珠53，集成带51内的侧壁设有弧形反光片54，弧形反光片54两端设有折射片55；所述清洗单元4包括分别固定在支撑框架2两侧的高压清洗机构8和吹风机构9。

所述折射片55与弧形反光片54之间的夹角为30-50度；所述弧形反光片54的弧度为2-2.5rad,且弧形反光片54与集成带51垂直放置。

所述支撑框架2两侧分别设有滑行导轨21，滑行导轨21上嵌合有导向轮22，导向轮22经连杆连接有支架23，支架23上设有液压伸缩结构的伸缩杆24；所述导向轮22连接有驱动电机25，驱动电机25与控制器7相连；所述支撑框架2下方设有液压伸缩杆26，液压伸缩杆26底部与光伏板基座10相固定，液压伸缩杆26上端经铰接结构与支撑框架2相连，液压伸缩杆26和支撑框架2之间设有锁紧螺母。

所述高压清洗机构8包括固定在支撑框架2一侧的伸缩杆24端部的高压喷水器81，高压喷水器81进水口经水管连接有过滤桶82，过滤桶82经水管连接有位于滑行导轨21下方的接水槽83，且接水槽83位于补光单元5下方；所述高压喷水器81还连接有自来水管。

所述的吹风机构9包括固定在支撑框架2另一侧的伸缩杆24端部的吹风机91，吹风机91底部设有软质毛刷92。

所述扫描仪31为激光三维扫描仪或图像扫描仪。

所述支撑框架2包括整体呈方形布置的4块独立的三角支撑板11，每块三角支撑板11下方均设有连接杆12，连接杆12的下部设有螺纹杆13；所述的液压伸缩杆26侧壁上设有多个压紧块14，压紧块14侧壁上设有两块对称布置的支撑板15，且每块支撑板15与压紧块14的外侧壁呈钝角设置，支撑板15上设有螺纹孔16，所述的螺纹杆13通过螺纹孔16与相邻的压紧块14上的两块支撑板15相连。

4块独立的三角支撑板11通过连接杆12与液压伸缩杆26相连，在液压伸缩杆26外壁上设置多块对称布置的压紧块，三角支撑板对连接杆产生压力，连接杆通过螺纹旋紧的方式对压紧块上的支撑板进行旋紧，支撑板对压紧块产生一个径向的压力，压紧块就会紧密的贴合在液压伸缩杆，三角支撑板上所承载的重量越重，旋紧效果越明显，三角支撑板上所承载的重量越重，支撑板的旋紧效果越明显，使得压紧块的压紧也就更牢固，有效的提高了支撑框架的连接强度；同时通过螺纹连接也方便拆卸。

太阳能光伏表面自动清洗装置的清洗方法，利用扫描仪对太阳能光伏板表面进行扫描，通过计算机处理单元分析计算出作为检测指标的单位面积附着物数量n；通过设定两个阈值x、y；x<y，当单位面积内附着物的数量n<x时，不进行清理；当x<n<y时，控制器控制吹风机构启动，对太阳能光伏板表面进行清洁；当n>y时，控制器控制高压清洗机构启动，对太阳能光伏板表面进行清洁。

所述扫描仪为激光三维扫描仪时单位面积附着物数量n的计算方法为，先通过光学扫描仪对太阳能光伏板表面大量点的三维坐标、纹理、反射率等信息进行采集，再通过计算机处理单元对太阳能光伏板表面的线面体和三维模型等数据进行重建，得到数学模型；通过激光三维扫描仪对太阳能光伏板表面的附着物进行扫描，并记录颗粒物数量，通过计算机处理单元计算得出单位面积内附着物的数量n。

所述扫描仪为图像扫描仪时，单位面积附着物数量n的计算方法为通过图像扫描仪扫描图像检测的方式获得太阳能光伏板表面即时图像，通过计算得出单位面积内附着物的数量n。

弧形反光片的弧长为100-150mm。支撑框架与光伏板的倾斜角度一致。

所述过滤桶内设有多个倾斜布置的不锈钢过滤网，过滤网的筛目为80-100目。

支架下端设有导向轮，高压喷水器连接的连接水管经导向轮进行收放；连接水管端部与过滤桶相连。

所述高压喷水器可以是包括一个小型加压泵和一个高压喷嘴。

所述吹风机包括吸尘管道，吸尘管道入口设有吸尘口，吸尘管道设有抽气泵。

控制器与伸缩杆、高压喷水器、驱动电机相连；所述的控制器与吸尘驱动电机、吹风机和吸尘伸缩杆相连。

所述集成带为三边封闭一边开口的结构。

高压清洗机构的工作过程：控制器控制驱动电机和伸缩杆进行工作；驱动电机驱动导向轮工作，导向轮在滑行导轨上移动，从而带动支架上下移动，实现高压喷水器对光伏板的上下清洗；通过控制伸缩杆的左右移动，实现高压喷水器对光伏板的左右清洗；从而实现光伏板的全面清洗。通过在光伏板下端设置接水槽，对清洗后的水进行接收，同时通过过滤桶对清洗水进行过滤，实现重复利用，降低损耗。

吹风机构的工作过程：控制器控制驱动电机和伸缩杆进行工作；驱动电机驱动导向轮工作，导向轮在滑行导轨上移动，从而带动支架上下移动，实现吹风机对光伏板的上下清洗；通过控制伸缩杆的左右移动，实现吹风机对光伏板的左右清洗；从而实现光伏板的全面清洗。通过设置软质毛刷，可以对较难清洗的附着物进行清洗。

不清洗状态时，清洗单元位于光伏板下方。

同时，本申请也可以将光伏板人为划分成几块区域，通过扫描仪对光伏板进行扫描，对其中一块或多块不达标的区域进行吸尘或者水洗处理，不用对整块光伏板进行清洗，不仅降低了清洗成本，也降低了光伏板的自身损耗。

支架上设有旋转座，旋转座连接有旋转电机；所述伸缩杆位于旋转座上，伸缩杆在不工作时与支撑框架平行，在清洗工作时，旋转座旋转，带动伸缩杆旋转，与支撑框架垂直。

本发明的工作过程：未清洗状态时，液压伸缩杆处于收缩状态，扫描仪位于光伏板上方，补光单元位于光伏板下端；通过光敏传感器对环境的光照强度进行监测，当光照强度低于一定值时，计算机处理单元将信号传输给控制器，控制器控制打开相应数量的灯珠，弧形反光片将光反射到整块光伏板上，进行光线的补充。当扫描仪检测到单位面积内附着物的数量n<x时，不进行清理；当x<n<y时，启动吹风机构对太阳能光伏板表面进行清洁；当n>y时，启动高压清洗机构对太阳能光伏板表面进行清洁。

Claims (7)

1.太阳能光伏表面自动清洗装置，其特征在于：包括支撑框架(2)，支撑框架(2)上端设有附着物监测单元(3)，支撑框架(2)两侧设有清洗单元(4)，支撑框架(2)下端设有补光单元(5)；所述的附着物监测单元(3)包括固定在支撑框架(2)上端的扫描仪(31)，扫描仪(31)连接有计算机处理单元(6)，计算机处理单元(6)连接有控制器(7)和光敏传感器(32)，控制器(7)与补光单元(5)和清洗单元(4)相连；所述清洗单元(4)包括分别固定在支撑框架(2)两侧的高压清洗机构(8)和吹风机构(9)；

所述补光单元(5)包括固定在支撑框架(2)端部的集成带(51)，集成带(51)内的底部均匀设有铝基板(52)，铝基板(52)上设有一组灯珠(53)，集成带(51)内的侧壁设有弧形反光片(54)，弧形反光片(54)两端设有折射片(55)；所述折射片(55)与弧形反光片(54)之间的夹角为30-50度；所述弧形反光片(54)的弧度为2-2.5rad,且弧形反光片(54)与集成带(51)垂直放置；

所述支撑框架(2)两侧分别设有滑行导轨(21)，滑行导轨(21)上嵌合有导向轮(22)，导向轮(22)经连杆连接有支架(23)，支架(23)上设有液压伸缩结构的伸缩杆(24)；所述导向轮(22)连接有驱动电机(25)，驱动电机(25)与控制器(7)相连；所述支撑框架(2)下方设有液压伸缩杆(26)，液压伸缩杆(26)底部与光伏板基座(10)相固定，液压伸缩杆(26)上端经铰接结构与支撑框架(2)相连，液压伸缩杆(26)和支撑框架(2)之间设有锁紧螺母；

所述支撑框架(2)包括整体呈方形布置的4块独立的三角支撑板(11)，每块三角支撑板(11)下方均设有连接杆(12)，连接杆(12)的下部设有螺纹杆(13)；所述的液压伸缩杆(26)侧壁上设有多个压紧块(14)，压紧块(14)侧壁上设有支撑板(15)，且支撑板(15)与压紧块(14)的外侧壁呈钝角设置，支撑板(15)上设有螺纹孔(16)，所述的螺纹杆(13)通过螺纹孔(16)与相邻的两块支撑板(15)相连。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏表面自动清洗装置，其特征在于：所述高压清洗机构(8)包括固定在支撑框架(2)一侧的伸缩杆(24)端部的高压喷水器(81)，高压喷水器(81)进水口经水管连接有过滤桶(82)，过滤桶(82)经水管连接有位于滑行导轨(21)下方的接水槽(83)，且接水槽(83)位于补光单元(5)下方；所述高压喷水器(81)还连接有自来水管。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏表面自动清洗装置，其特征在于：所述的吹风机构(9)包括固定在支撑框架(2)另一侧的伸缩杆(24)端部的吹风机(91)，吹风机(91)底部设有软质毛刷(92)。

4.根据权利要求1所述的太阳能光伏表面自动清洗装置，其特征在于：所述扫描仪(31)为激光三维扫描仪或图像扫描仪。

5.实现权利要求1至4中任一项权利要求所述的太阳能光伏表面自动清洗装置的清洗方法，其特征在于：利用扫描仪对太阳能光伏板表面进行扫描，通过计算机处理单元分析计算出作为检测指标的单位面积附着物数量n；通过设定两个阈值x、y(x<y)，当单位面积内附着物的数量n<x时，不进行清理；当x<n<y时，控制器控制吹风机构启动，对太阳能光伏板表面进行清洁；当n>y时，控制器控制高压清洗机构启动，对太阳能光伏板表面进行清洁。

6.根据权利要求5所述的太阳能光伏表面自动清洗装置的清洗方法，其特征在于：所述扫描仪为激光三维扫描仪时单位面积附着物数量n的计算方法为，先通过光学扫描仪对太阳能光伏板表面大量点的三维坐标、纹理、反射率等信息进行采集，再通过计算机处理单元对太阳能光伏板表面的线面体和三维模型等数据进行重建，得到数学模型；通过激光三维扫描仪对太阳能光伏板表面的附着物进行扫描，并记录颗粒物数量，通过计算机处理单元计算得出单位面积内附着物的数量n。

7.根据权利要求6所述的太阳能光伏表面自动清洗装置的清洗方法，其特征在于：所述扫描仪为图像扫描仪时，单位面积附着物数量n的计算方法为通过图像扫描仪扫描图像检测的方式获得太阳能光伏板表面即时图像，通过计算得出单位面积内附着物的数量n。

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