CN107570439B - 一种太阳能电站光伏板的清洁系统及布设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电站光伏板的清洁系统及布设方法，包括自动除尘机器人和AGV小车，AGV小车包括车体基座、升降平台和传输托架，升降平台通过升降支架安装于车体基座顶部，安装在车体基座顶部的高度调整电机用于调整升降平台的高度；升降平台的顶部与固定座连接，固定座的顶部与传输托架转动连接，角度调节电机一端固定于升降平台上，另一端与传输托架相连，传输托架上设有角度传感器、高度传感器和检测装置；自动除尘机器人放置于传输托架上，车体基座上安装有导引装置、控制电路模块和驱动轮。本发明可以实现一机多行的清洁部署方案，显著降低了太阳能电站的清洁投入运营成本，有效解决了跟踪型电站的日常清洁工作。

Description

一种太阳能电站光伏板的清洁系统及布设方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电领域，具体是一种太阳能电站光伏板的清洁系统及布设方法。

背景技术

太阳能光伏板安装在户外，长期受到风吹雨淋和环境的影响，空气中的粉尘颗粒、积雪和鸟粪等污染物落在太阳能光伏板上，会影响光线的透射率，从而造成发电效率的降低；局部遮挡的污染物会在光伏板上造成局部热斑效应，不但降低发电效率甚至导致光伏组件的烧毁，定期对太阳能电站的光伏板进行清洁是必不可少的环节。

对于小型光伏电站，常采用人工进行清洁，利用拖把、橡胶刮条或柔软的抹布进行清洗，人工作业不仅效率低下，还容易对光伏板表面造成划痕。而对于大中型光伏电站来说，采用人工方式显然成本太高，常见的是采用高压水枪冲洗或者采用自动清洁装置除尘，高压水枪虽然清洗效果较好，但太浪费水资源，污水对环境的影响也大，因此近年来越来越多的光伏电站采用自动化装置进行光伏板的清洁。

现有的太阳能电站使用自动除尘机器人主要是采用一机一行的方式安装，即每行光伏板组件安装一个自动除尘机器人。这种部署方式，使得太阳能电站的运营成本偏高，特别是对于短的光伏板组件行其单位光伏板系统的部署费用显著高于较长的光伏板组件行。对于一些空气洁净不需要频繁除尘的地区，现有的一机一行解决方案会由于装机成本高而导致投资回报率过低，客户装配的意愿不高。再者，现有的一机一行的部署需要在每行光伏板的起始端搭支架作为自动除尘机器人的停机位，当自动除尘机器人停留在停机位上还会因其阴影投射到光伏板上，影响整个光伏组件行的发电效率；不仅如此，对于跟踪型太阳能电站每行光伏板组件普遍只有几十米，光伏板组件跟踪转动完成后，归位倾斜角度都会有偏差，使得在跟踪型电站上安装和校准除尘机器人停机位十分困难。

上述现有的解决方案都存在各种不同的缺陷，为了弥补现有技术的不足，本案由此而生。

发明内容

本发明的目的是提供一种多组光伏板阵列可以共用一个自动除尘机器人的解决方案，为了实现该目的，本发明提供了一种太阳能电站光伏板的清洁系统，大大降低了太阳能电站光伏板组件自动清洁的投入成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种太阳能电站光伏板的清洁系统，包括自动除尘机器人和AGV小车，AGV小车包括车体基座、升降平台和传输托架，升降平台通过升降支架安装于车体基座顶部，安装在车体基座顶部的高度调整电机用于调整升降平台的高度；升降平台的顶部与固定座固定连接，固定座的顶部与传输托架转动连接，角度调节电机一端固定于升降平台上，另一端与传输托架相连，传输托架上设有角度传感器和高度传感器；自动除尘机器人放置于传输托架上，传输托架的上表面安装有用于检测自动除尘机器人是否归位的检测装置，，车体基座上安装有导引装置、控制电路模块和驱动轮。

所述控制电路模块包括充电电池、电源管理模块、数据采集处理及电机控制微处理器模块、电机驱动模块、无线通信模块；电源管理模块用于管理和监控充电电池的充放电；数据采集处理及电机控制微处理器模块将采集到的数据处理后通过无线通信模块与自动化除尘机器人、云服务器及用户终端交互通信，并发出控制指令；无线通信模块为AGV小车与自动除尘机器人提供双向无线通信，无线通信模块作为传感监控网络的中继节点和网关接入节点。

所述控制电路模块还包括温控模块，温控模块用于对车体基座内的环境进行加热或散热。

所述车体基座上安装有太阳能电池板。

所述太阳能电池板上安装有自动清洁刷。

所述导引装置采用金属导引或激光导引或光学导引或电磁导引或磁带导引或GPS或无线网络导引。

所述导引装置采用金属导引，在车体基座上安装金属接近传感器，在太阳能电站的光伏板组件边缘布设金属导引带。

所述驱动轮采用轮毂电机驱动或电机加齿轮箱驱动。

本发明还提供一种上述清洁系统的布设方法，包括如下内容：

(1)将自动除尘机器人放置在AGV小车的传输托架上，通过无线通信模块建立起自动除尘机器人与AGV小车之间的双向通信，以及AGV小车与云服务器或者管理终端的双向通信；

(2)在AGV小车上分别安装用于检测太阳能电站光伏板组件高度的高度传感器、用于检测光伏板组件倾斜角度的角度传感器、用于调节传输托架高度以及倾斜角度的装置、用于检测自动除尘机器人归位的检测装置、用于导引AGV小车移动的自导引装置、用于驱动AGV小车的驱动装置以及控制电路模块；

(3)管理终端通过无线通信模块向AGV小车下达清洁指令，AGV小车在自导引装置的引领下到达待清洁的光伏板组件所在行的旁边，通过对光伏板组件安装高度及倾斜角度的检测，调整传输托架的高度及倾斜角度使之与光伏组件保持一致；

(4)AGV小车向自动除尘机器人发送指令，自动除尘机器人驶离传输托架对光伏板组件进行清洁，清洁完毕自动除尘机器人重新回到传输托架上，AGV小车接收到自动除尘机器人的归位信号后，再次驱动AGV小车向下一行光伏板组件移动。

本发明提供的清洁系统可以实现一机多行的清洁部署方案，显著降低了太阳能电站光伏板组件清洁的投入运营成本，并通过对需要清洁的光伏板组件高度和倾斜角度的信息采集，可以将自动除尘机器人传送至与待清洁光伏板组件一致的高度和倾斜角度，使本清洁系统可以应用于包括跟踪型电站在内的大中型太阳能电站的日常清洁维护工作中，为迎合现有形形色色复杂的太阳能电站光伏板的清洁提供了便利，提升了自动化管理水平。

以下通过附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。

附图说明：

图1为本发明AGV小车的结构示意图；

图2为AGV小车的工作原理框图；

图3为清洁系统在太阳能电站的布设工作示意图。

具体实施方式：

本发明为适应各种复杂情况布设的太阳能电站光伏板组件的日常清理维护，提供了一种太阳能电站光伏板的清洁系统，无需一机一行进行配置，显著降低了投入运营成本，具体结构如图1和图2所示。该清洁系统主要由负责给光伏板组件进行清洁的自动除尘机器人以及运送自动除尘机器人的AGV小车构成。其中，用于清洁光伏板组件的自动除尘机器人在现有技术中有很多结构可以实现，凡是可以实现对光伏板组件的自动清洁功能的装置都可以应用于本发明提供的清洁系统中，故本发明不对自动除尘机器人的具体结构展开说明。

本发明提供运输功能的AGV小车，主要由车体基座1、升降平台2和传输托架3构成，自动除尘机器人放置在传输托架3上，传输托架3与固定座7的顶部转动连接，使得传输托架3可以相对于固定座7上下转动来调节与水平面之间的倾斜角度。固定座7的下部固定安装在升降平台2上，用于调节传输托架3倾斜角度的角度调节电机8一端与传输托架3连接，另一端固定在升降平台2上。升降平台2通过升降支架5安装在车体基座1顶部，用于调节升降平台高度的高度调整电机6一端与升降支架5连接，另一端固定在车体基座1顶部。AGV小车的移动是通过车体基座1底部安装的驱动轮4来实现，驱动轮可以采用轮毂电机驱动，也可以采用电机驱动齿轮箱方式实现，不限于给出的两种形式。AGV小车的自动导引是通过安装在车体基座1上的导引装置12实现的，导引装置12可以安装在车体基座1同一侧面的前后两端，以便能够准确的定位，AGV小车的驱动、各电机的控制、以及自动除尘机器人的控制都是通过安装在车体基座1内的控制电路模块完成(图中未画出)。

为实现整个清洁系统的远程监控，其电路控制模块主要由充电电池、电源管理模块、数据采集处理及电机控制微处理器模块、电机驱动模块、无线通信模块和温控模块构成。其中，充电电池除了可以给AGV小车各模块供电外，还可以给放置在传输托架3上的自动除尘机器人提供续航电力，延长自动除尘机器人的工作时间。为解决AGV小车在户外工作连接电源的不便，在车体基座1上加装了太阳能电池板9，太阳能电池板9可以根据具体电源的设计需求进行配置，例如可以在车体基座1的前后两面分别安装上太阳能电池板9，在电源管理模块的协调管理下，充电电池一边给自身充电，一边为其他部件供电。为保证充电电池的充电效果，在太阳能电池板9上安装自动清洁刷(图中未画出)进行自清洁，清洁刷的启动可以采用定时、感应控制、无线通信控制中的一种或组合控制方式。另外，电源管理模块还同时监控充电电池的工作状态，防止过充和过放。数据采集处理及电机控制微处理器模块是整个AGV小车的运算核心和控制核心，负责处理各传感器所采集到的数据，通过无线通信模块与自动除尘机器人、云服务器及用户终端交互通信，向与之连接的部件发出操作指令。电机驱动模块接收来自数据采集处理及电机控制微处理器模块的指令，控制各种电机的启动、停止和速度的调节。无线通信模块还可以在AGV小车和自动除尘机器人之间建立双向无线通信，获取自动除尘机器人的相关信息，将信息传送给数据采集处理及电机控制微处理器模块，以便AGV小车执行相应的动作。与此同时，利用无线通信模块还可以提供AGV小车与管理终端之间建立非常灵活的组网方式，将每一个AGV小车上的无线通信模块作为传感监控网络的中继节点和网关接入节点，可以将本发明在大中型太阳能电站进行部署，通过后台监控管理中心对所有AGV小车以及自动除尘机器人进行远程监控。温控模块通过温度传感器检测车体基座1内部的工作环境温度，通过与设定温度的比对来启动温控模块是进行加温还是散热模式，确保各部件的工作温度适宜，提高AGV小车的工作可靠性。

为了令AGV小车能够应用于光伏板组件有各种不同高度和不同倾斜角度等复杂的太阳能电站中，尤其是跟踪型太阳能电站，每行光伏板组件的倾斜角度存在一定的差异，专门在AGV小车上的传输托架3的侧面加装了高度传感器10和角度传感器11，高度传感器10用于检测需要清洁的光伏板组件的安装高度，角度传感器11用于检测需要清洁的光伏板组件的倾斜角度，通过传感器检测得到的光伏板组件的高度和倾斜角度信息被传送给数据采集处理及电机控制微处理器模块，从而使得数据采集处理及电机控制微处理器模块向高度调整电机6和角度调节电机8发出指令，实现AGV小车将自动除尘机器人运送至与被清洁的光伏板组件相同的高度和倾斜角度。为了令AGV小车及时获取自动除尘机器人在完成清洁工作后是否归位，以便于AGV小车的继续移动，还在传输托架3上加装了用于检测自动除尘机器人是否归位的检测装置(图中未画出)，该检测装置可以采用无线通信、传感或触发开关等方式实现，本实施例中优选使用压力传感器作为检测自动除尘机器人是否归位的检测装置。

为了适应复杂的光伏板组件的部署，应对每行光伏板组件位置不齐的问题，充分利用安装于车体基座1上的导引装置12对AGV小车的行进路线进行导引。所采用的导引方式可以根据需要灵活选择，例如金属导引、激光导引、光学导引、电磁导引、磁带导引、GPS以及无线网络导引等等。本实施例采用金属导引方式，安装于车体基座1上的导引装置12为金属接近传感器，同时在太阳能电站所部署的每行光伏板组件的边缘安装金属导引带，利用金属接近传感器来检测光伏板组件的具体位置。

本发明提供的清洁系统的工作过程如下：结合图3所示，AGV小车通过无线网络接收到来自管理控制设备发出的开始清洁指令，或者通过定时器设定到达预设的清洁时间，由数据采集处理及电机控制微处理器模块控制电机驱动模块启动驱动轮电机，AGV小车在导引装置12的导引下沿自动导引路径移动，并不断校准行进路线。接近需要清洁的第一行光伏板组件时，AGV小车通过导引装置12精确定位并停靠在光伏板组件行边上。根据传感器采集到的数据，传输托架3的高度和倾斜角度被调整成与待清洁的光伏板组件一致，调整完毕由数据采集处理及电机控制微处理器模块向自动除尘机器人发出信号，自动除尘机器人离开传输托架3进入光伏板组件所在行进行清洁作业。待自动除尘机器人完成清洁工作重新回到传输托架3上时，压力传感器接收到返回信号后反馈给数据采集处理及电机控制微处理器模块，数据采集处理及电机控制微处理器模块再次驱动AGV小车沿自动导引路径移动到下一行待清洁的光伏板组件行旁边，并重复上述操作过程。

本发明提供的低成本的太阳能电站光伏板清洁系统的布设方法，概括如下：

(1)将自动除尘机器人放置在AGV小车的传输托架上，通过无线通信模块建立起自动除尘机器人与AGV小车之间的双向通信，以及AGV小车与云服务器或者管理终端的双向通信；

(2)在AGV小车上分别安装用于检测太阳能电站光伏板组件高度的高度传感器、用于检测光伏板组件倾斜角度的角度传感器、用于调节传输托架高度以及倾斜角度的装置、用于检测自动除尘机器人归位的检测装置、用于导引AGV小车移动的自导引装置、用于驱动AGV小车的驱动装置以及控制电路模块；

(3)管理终端通过无线通信模块向AGV小车下达清洁指令，AGV小车在自导引装置的引领下到达待清洁的光伏板组件所在行的旁边，通过对光伏板组件安装高度及倾斜角度的检测，调整传输托架的高度及倾斜角度使之与光伏组件保持一致；

(4)AGV小车向自动除尘机器人发送指令，自动除尘机器人驶离传输托架对光伏板组件进行清洁，清洁完毕自动除尘机器人重新回到传输托架上，AGV小车接收到自动除尘机器人的归位信号后，再次驱动AGV小车向下一行光伏板组件移动。

本发明提供的清洁系统及布设方法，适用于各种复杂情况下的太阳能电站的部署，可自动导引确定光伏板组件的位置、安装高度和倾斜角度，令自动除尘机器人可以自由在不同光伏板组件阵列中穿梭进行清洁工作，自动除尘机器人清洁完毕自动驶离光伏板组件，不会对光伏板形成遮挡影响发电效率，在显著降低太阳能电站投入成本的同时，提升了自动化管理水平。清洁系统在太阳能电站的部署数量，可以视光伏板组件的布设规模和具体清洁需求而定，对于大中型太阳能电站，可以如图3所示，在每一阵列分别配置一个清洁系统，每一个清洁系统上安装的无线通信模块都可以作为传感监控网络的中继节点和网关接入节点使用，方便后台管理中心可以对大中型太阳能电站部署的清洁系统实现远程监控。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：其中清洁系统包括自动除尘机器人和AGV小车，AGV小车包括车体基座、升降平台和传输托架，升降平台通过升降支架安装于车体基座顶部，安装在车体基座顶部的高度调整电机用于调整升降平台的高度；升降平台的顶部与固定座固定连接，固定座的顶部与传输托架转动连接，角度调节电机一端固定于升降平台上，另一端与传输托架相连，传输托架上设有角度传感器和高度传感器；自动除尘机器人放置于传输托架上，传输托架的上表面安装有用于检测自动除尘机器人是否归位的检测装置，车体基座上安装有导引装置、控制电路模块和驱动轮；所述太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法为：

(1)将自动除尘机器人放置在AGV小车的传输托架上，通过无线通信模块建立起自动除尘机器人与AGV小车之间的双向通信，以及AGV小车与云服务器或者管理终端的双向通信；

(2)在AGV小车上分别安装用于检测太阳能电站光伏板组件高度的高度传感器、用于检测光伏板组件倾斜角度的角度传感器、用于调节传输托架高度以及倾斜角度的装置、用于检测自动除尘机器人归位的检测装置、用于导引AGV小车移动的自导引装置、用于驱动AGV小车的驱动装置以及控制电路模块；

(3)管理终端通过无线通信模块向AGV小车下达清洁指令，AGV小车在自导引装置的引领下到达待清洁的光伏板组件所在行的旁边，通过对光伏板组件安装高度及倾斜角度的检测，调整传输托架的高度及倾斜角度使之与光伏组件保持一致；

(4)AGV小车向自动除尘机器人发送指令，自动除尘机器人驶离传输托架对光伏板组件进行清洁，清洁完毕自动除尘机器人重新回到传输托架上，AGV小车接收到自动除尘机器人的归位信号后，再次驱动AGV小车向下一行光伏板组件移动。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：所述控制电路模块包括充电电池、电源管理模块、数据采集处理及电机控制微处理器模块、电机驱动模块、无线通信模块；电源管理模块用于管理和监控充电电池的充放电；数据采集处理及电机控制微处理器模块将采集到的数据处理后通过无线通信模块与自动化除尘机器人、云服务器及用户终端交互通信，并发出控制指令；无线通信模块为AGV小车与自动除尘机器人提供双向无线通信，无线通信模块作为传感监控网络的中继节点和网关接入节点。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：所述控制电路模块还包括温控模块，温控模块用于对车体基座内的环境进行加热或散热。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：所述车体基座上安装有太阳能电池板。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：所述太阳能电池板上安装有自动清洁刷。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：所述导引装置采用金属导引或激光导引或光学导引或电磁导引或磁带导引或GPS或无线网络导引。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：所述导引装置采用金属导引，在车体基座上安装金属接近传感器，在太阳能电站的光伏板组件边缘布设金属导引带。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能电站光伏板的清洁系统的布设方法，其特征在于：所述驱动轮采用轮毂电机驱动或电机加齿轮箱驱动。

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