CN108856048A - 一种光伏清洁机器人及光伏面板清洁程度判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏清洁机器人及光伏面板清洁程度判断方法。所述机器人包括设置在行进方向上的滚刷机构、以及与滚刷机构相对设置的反射率数值采集模块。所述方法包括S1、使得所述光伏清洁机器人在光伏面板上按照标准路径采集的电信号累加获得的所述光伏面板反射率；S2、将所述光伏面板反射率与洁净电信号阈值比较，判断所述光伏面板的洁净程度是否达到标准：当所述电信号小于所述洁净电信号阈值时，认定所述光伏面板的洁净程度达到标准；否则认定所述光伏面板的洁净程度不达标。本发明能在完成清洁工作的同时，通过收集所述光伏面板的反射率，判断所述光伏面板的清洁程度，为光伏面板的检修和维护工作带来了极大便利。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电清洁技术领域，更具体地，涉及一种光伏清洁机器人及光伏面板清洁程度判断方法。
背景技术
传统能源，消耗巨大，存储量日益减少。人类开始开发新的可再生能源以满足日益增长的能源需求。太阳能则占有举足轻重的地位。
我国太阳能资源丰富，尤其是西部地区，光照时间长，地广人稀。因此光伏发电装置主要集中于西部地区，但是该地区气候干燥，降水少，加之灰尘的影响，光伏面板积灰现象严重，显著影响光伏发电效率。
现在对于积灰现象的处理，一般采用人工清洗方式居多，人力成本高。或者采用大型清洗车提高清洗效率，但是对适用场地有限制。或者采用预先安装好的喷淋系统，安装成本高，而喷淋系统本身还需要维护。虽然已有应用清扫机器人清扫光伏面板的技术，然而清扫效果无法确认，不能保证光伏面板的工作状态。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光伏清洁机器人及光伏面板清洁程度判断方法，其目的在于在清洁机器人完成清洁的同时，对光伏面板的反射率进行采集，从而确认光伏面板的工作状态，保证清洁效果，由此解决现有的光伏清洁装置无清扫效果反馈的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种反射率数值采集的光伏清洁机器人，其特征在于，包括设置在行进方向上的滚刷机构、以及与滚刷机构相对设置的反射率数值采集模块；
所述反射率数值采集模块包括激光发射器、光电耦合器、电信号接收器、以及处理器；
所述激光发射器发出的激光以入射角α入射光伏面板，其反射光由光电耦合器转换成电信号，由所述电信号接收器接收；所述电信号接收器与所述处理器信号相连。
优选地，所述光伏清洁机器人，其所述激光发射器，激光发射高度在80mm至120mm之间，其入射角α在30°至45°，所述激光发射器优选为单色激光发射器，更优选为红外激光发射器，其发射波长优选780nm至800nm之间。
优选地，所述光伏清洁机器人，其所述光电耦合器，设置高度在30mm至50mm。
优选地，所述光伏清洁机器人，其所述光电耦合器为面阵CCD，优选为CCD面阵为半圆弧状。
优选地，所述光伏清洁机器人，其所述电信号接收器，用于接收所述光电耦合器的耦合的光信号转化为的电信号总和；所述电信号接收器，优选为电压检测器。
优选地，所述光伏清洁机器人，其所述光伏清洁机器人具有与反射率数值采集模块想靠近的定位模块，用于采集所述光伏机器人的所在的光伏面板的坐标信息，所述定位模块为相对定位模块和/或绝对定位模块，所述相对定位模块为RFID标签、感应线圈、和/或红外测距装置，所述绝对定位模块为GPS模块、和/或北斗定位系统模块。
优选地，所述光伏清洁机器人，其所述光伏清洁机器人具有数据存储模块；所述数据存储模块，用于存储所述光伏清洁机器人清洁的光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值。
优选地，所述光伏清洁机器人，其所述光伏清洁机器人具有通信模块，用于将所述数据存储模块的数据或者所述定位模块及位置相应光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值传输给用于数据处理的上位机。
按照本发明的另一个方面，提供了一种光伏面板清洁程度判断方法，包括以下步骤：
S1、使得本发明提供的光伏清洁机器人在光伏面板上按照标准路径采集的电信号累加获得的所述光伏面板反射率
S2、将步骤S1获得的所述光伏面板反射率与洁净电信号阈值比较，判断所述光伏面板的洁净程度是否达到标准：当所述电信号小于所述洁净电信号阈值时，认定所述光伏面板的洁净程度达到标准；否则认定所述光伏面板的洁净程度不达标。
优选地，所述光伏面板清洁程度判断方法，其所述洁净电信号阈值按照如下方法确定：
(1)对于正常工作的光伏面板，使本发明提供的光伏清洁机器人的反射率数值采集模块按照标准路径通过所述光伏面板，采集多处所述光伏面板反射光的电信号；
(2)对于每一块光伏电板，将所述电信号累加，获得所述光伏面板的面阵反射率值；
(3)将所有用于洁净电信号阈值测定的正常工作的光伏面板面阵反射率值进行正态分布拟合，取算术平均数和三倍方差的和作为洁净电信号阈值。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供的光伏清洁机器人及光伏面板清洁程度的判断方法，能在完成清洁工作的同时，通过收集所述光伏面板的反射率，从而判断所述光伏面板的清洁程度，据此从大面积的光伏面板中判断每一光伏面板的工作状态，为光伏面板的检修和维护工作带来了极大便利。
附图说明
图1是本发明提供的光伏清洁机器人结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的光伏清洁机器人反射率数值采集模块结构示意图；
图3是本发明实施例提供的光伏清洁机器人滚刷机构示意图；
图4是本发明实施例2提供的光伏清洁机器人反射率数值采集模块结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：100为滚刷机构，101为滚刷电机，102为锥形齿轮组，103为联轴器，104为滚刷，200为传感机构，300为灰尘收集机构，400为驱动机构，500为电池模块，600为反射率数值采集模块，601为激光发射器，602为光电耦合器，603为电信号接收器。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的反射率数值采集的光伏清洁机器人，如图1所示，包括设置在行进方向上的滚刷机构、以及与滚刷机构相对设置的反射率数值采集模块；
所述反射率数值采集模块包括激光发射器、光电耦合器、电信号接收器；
所述激光发射器发出的激光，以入射角α入射光伏面板，其反射光由光电耦合器转换成电信号，由所述电信号接收器接收；所述电信号接收器与所述处理器信号相连。
所述激光发射器，激光发射高度在80mm到120mm之间，其入射角α在30°至45°，所述激光发射器优选为单色激光发射器，更优选为红外激光发射器，其发射波长优选780nm至800nm之间，能量优选为5mw；
所述光电耦合器，设置高度在30mm至50mm，优选为面阵CCD，面阵CCD能全面的收集个方向的反射光，为半圆弧状，圆弧外径60mm。。
所述电信号接收器，用于接收所述光电耦合器的耦合的光信号转化为的电信号总和；所述电信号接收器，优选为电压检测器；
所述光伏清洁机器人，还包括定位模块，用于所述光伏清洁机器人所在的光伏面板，与反射率数值采集模块想靠近，用于采集所述光伏机器人的所在的光伏面板的坐标信息，所述定位模块为相对定位模块和/或绝对定位模块，所述绝对定位模块可采用全球定位系统，如GPS定位系统或北斗定位系统；也可所述相对定位模块，用于确定所述机器人与所述光伏面板的相对位置确定系统，如相对于待清洁的光伏面板设置的红外位置感应器、RFID识别系统、或者条码/二维码识别系统；
所述光伏清洁机器人，还包括数据存储模块，用于存储所述光伏清洁机器人清洁的光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值。
所述光伏清洁机器人，还包括通信模块，用于将所述数据存储模块的数据或者所述定位模块及位置相应光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值传输给用于数据处理的上位机。
本发明提供的光伏面板清洁程度判断方法，包括以下步骤：
S1、使得本发明提供的光伏清洁机器人在光伏面板上按照标准路径采集的电信号累加获得的所述光伏面板反射率
S2、将步骤S1获得的所述光伏面板反射率与洁净电信号阈值比较，判断所述光伏面板的洁净程度是否达到标准：当所述电信号小于所述洁净电信号阈值时，认定所述光伏面板的洁净程度达到标准；否则认定所述光伏面板的洁净程度不达标。
所述洁净电信号阈值按照如下方法确定：
(1)对于正常工作的光伏面板，使本发明提供的光伏清洁机器人的反射率数值采集模块按照标准路径通过所述光伏面板，采集多处所述光伏面板反射光的电信号；
(2)对于每一块光伏电板，将所述电信号累加，获得所述光伏面板的面阵反射率值；
(3)将所有用于洁净电信号阈值测定的正常工作的光伏面板面阵反射率值进行正态分布拟合，取算术平均数和三倍方差的和作为洁净电信号阈值。
以下为实施例：
实施例1
一种反射率数值采集的光伏清洁机器人，如图2所示，包括设置在行进方向上的滚刷机构、以及与滚刷机构相对设置的反射率数值采集模块；还包括传感机构、灰尘收集机构、驱动机构、电池模块。
所述滚刷机构，如图3所示，包括滚刷驱动电机、齿轮组、联轴器、以及滚刷，所述驱动电机通过齿轮组与所述联轴器驱动垂直设置的滚刷；所述锥形齿轮组尺寸紧凑，能承受扭矩较大。
所述反射率数值采集模块包括红外激光发射器、光电耦合器、电信号接收器、以及处理器；
所述激光发射器发出的激光经过设置在光电耦合器上的小孔，以入射角α入射光伏面板，其反射光由光电耦合器转换成电信号，由所述电信号接收器接收；所述电信号接收器与所述处理器信号相连。
所述激光发射器，激光发射高度为80mm，其入射角α为30°，所述激光发射器其发射波长为780nm，能量为5mw；
所述光电耦合器，设置高度为30mm，为面阵CCD，其像元尺寸7um*7um*7um，其中小孔设置在面阵CCD中央，为圆弧状，外径60mm。。
所述电信号接收器，用于接收所述光电耦合器的耦合的光信号转化为的电信号总和，为电压检测器；
所述光伏清洁机器人，还包括定位模块，用于所述光伏清洁机器人所在的光伏面板，与反射率数值采集模块想靠近，用于采集所述光伏机器人的所在的光伏面板的坐标信息，所述定位模块为绝对定位模块，所述绝对定位模块可采用全球定位系统，本实施例采用GPS定位系统；
所述光伏清洁机器人，还包括数据存储模块，用于存储所述光伏清洁机器人清洁的光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值。
所述光伏清洁机器人，还包括通信模块，用于将所述数据存储模块的数据或者所述定位模块及位置相应光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值传输给用于数据处理的上位机。
所述传感机构，包括光电开关。
所述灰尘收集机构，包括尘盒和与尘盒对接的风扇。
所述驱动机构，采用履带驱动，包括履带和履带轮、以及减速器。
所述电池模块，为可拆卸电池，包括可拆卸电池包和保护电路板，所述可拆卸电池包加载在所述保护电路板上，所述光伏机器人的各部件供电。
本实施例提供的光伏清洁机器人，在光伏面板上的标注路径为按弓字形路径，其按照标准路径运动的同时完成清扫动作，滚刷机构的联轴器采用夹紧螺丝固定型，结构紧凑，同时能提供较大的扭矩，用于连接滚刷电机和锥形齿轮组；锥形齿轮组用于改变运动方向，将滚刷驱动电机的转动传递给滚刷，同样的，联轴器连接锥形齿轮组和滚刷，完成运动传递功能。
清洁动作完成的同时，进行反射率数值采集，反射率数值采集模块的红外激光发射器以入射角度α入射光伏面板，反射回来的光由CCD阵列接收，CCD阵列接收到反射光将光信号转换成电信号，主控板接口接收到电信号，将电信号的强弱以数值量化。反射率数值采集模块间隔一固定时间(可调)，采集光伏面板的反射率数值并存储起来，同时GPS记录该处的坐标值并存储起来，这样将反射率数值和GPS坐标对应记录。
本实施例提供的光伏清洁机器人按照如下方法判断光伏面板的清洁程度：
S1、使得所述光伏清洁机器人在光伏面板上按照标准路径采集的电信号累加获得的所述光伏面板反射率；
S2、将步骤S1获得的所述光伏面板反射率与洁净电信号阈值比较，判断所述光伏面板的洁净程度是否达到标准：当所述电信号小于所述洁净电信号阈值时，认定所述光伏面板的洁净程度达到标准；否则认定所述光伏面板的洁净程度不达标。
所述洁净电信号阈值按照如下方法确定：
(1)对于正常工作的光伏面板，使本发明提供的光伏清洁机器人的反射率数值采集模块按照标准路径通过所述光伏面板，采集多处所述光伏面板反射光的电信号；
(2)对于每一块光伏电板，将所述电信号累加，获得所述光伏面板的面阵反射率值；
(3)将所有用于洁净电信号阈值测定的正常工作的光伏面板面阵反射率值进行正态分布拟合，取算术平均数μ和三倍方差σ的和，即(μ+3σ)作为洁净电信号阈值。
实施例2
一种反射率数值采集的光伏清洁机器人，如图4所示，包括设置在行进方向上的滚刷机构、以及与滚刷机构相对设置的反射率数值采集模块；还包括传感机构、灰尘收集机构、驱动机构、电池模块。
所述滚刷机构，包括滚刷驱动电机、齿轮组、联轴器、以及滚刷，所述驱动电机通过齿轮组与所述联轴器驱动垂直设置的滚刷；所述锥形齿轮组尺寸紧凑，能承受扭矩较大。
所述反射率数值采集模块包括红外激光发射器、光电耦合器、电信号接收器、以及处理器；
所述激光发射器发出的激光直接以入射角α入射光伏面板，其反射光由光电耦合器转换成电信号，由所述电信号接收器接收；所述电信号接收器与所述处理器信号相连。
所述激光发射器，激光发射高度为120mm，其入射角α为45°，所述激光发射器其发射波长为800nm，能量为5mw；
所述光电耦合器，设置高度在50mm，为面阵CCD，其像元尺寸7um*7um*7um，为半圆弧状，外径60mm。
所述电信号接收器，用于接收所述光电耦合器的耦合的光信号转化为的电信号总和，为电压检测器；
所述光伏清洁机器人，还包括定位模块，用于所述光伏清洁机器人所在的光伏面板，与反射率数值采集模块想靠近，用于采集所述光伏机器人的所在的光伏面板的坐标信息，所述定位模块为相对定位模块用于确定所述机器人与所述光伏面板的相对位置确定系统，采用RFID识别系统，光伏面板上设有RFID标签，定位模块为RFID读写器，光伏面板上设置的RFID标签，从而确定光伏清洁机器人所在位置；
所述光伏清洁机器人，还包括数据存储模块，用于存储所述光伏清洁机器人清洁的光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值。
所述光伏清洁机器人，还包括通信模块，用于将所述数据存储模块的数据或者所述定位模块及位置相应光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值传输给用于数据处理的上位机。
所述传感机构，包括光电开关。
所述灰尘收集机构，包括尘盒和与尘盒对接的风扇。
所述驱动机构，采用履带驱动，包括履带和履带轮、以及减速器。
所述电池模块，为可拆卸电池，包括可拆卸电池包和保护电路板，所述可拆卸电池包加载在所述保护电路板上，所述光伏机器人的各部件供电。
本实施例提供的光伏清洁机器人，在光伏面板上的标注路径为按回字形路径，其按照标准路径运动的同时完成清扫动作，滚刷机构的联轴器采用夹紧螺丝固定型，结构紧凑，同时能提供较大的扭矩，用于连接滚刷电机和锥形齿轮组；锥形齿轮组用于改变运动方向，将滚刷驱动电机的转动传递给滚刷，同样的，联轴器连接锥形齿轮组和滚刷，完成运动传递功能。
清洁动作完成的同时，进行反射率数值采集，反射率数值采集模块的红外激光发射器以入射角度α入射光伏面板，反射回来的光由CCD阵列接收，CCD阵列接收到反射光将光信号转换成电信号，主控板接口接收到电信号，将电信号的强弱以数值量化。反射率数值采集模块间隔一固定时间(可调)，采集光伏面板的反射率数值并存储起来，同时记录定位模块读取的光伏面板RFID标签信息。
本实施例提供的光伏清洁机器人按照如下方法判断光伏面板的清洁程度：
S1、使得所述光伏清洁机器人在光伏面板上按照标准路径采集的电信号累加获得的所述光伏面板反射率；
S2、将步骤S1获得的所述光伏面板反射率与洁净电信号阈值比较判断所述光伏面板的洁净程度是否达到标准：当所述电信号小于所述洁净电信号阈值时，认定所述光伏面板的洁净程度达到标准；否则认定所述光伏面板的洁净程度不达标。
所述洁净电信号阈值按照如下方法确定：
(1)对于正常工作的光伏面板，使本发明提供的光伏清洁机器人的反射率数值采集模块按照标准路径通过所述光伏面板，采集多处所述光伏面板反射光的电信号；
(2)对于每一块光伏电板，将所述电信号累加，获得所述光伏面板的面阵反射率值；
(3)将所有用于洁净电信号阈值测定的正常工作的光伏面板面阵反射率值进行正态分布拟合，取算术平均数μ和三倍方差σ的和，即(μ+3σ)作为洁净电信号阈值。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种反射率数值采集的光伏清洁机器人，其特征在于，包括设置在行进方向上的滚刷机构、以及与滚刷机构相对设置的反射率数值采集模块；
所述反射率数值采集模块包括激光发射器、光电耦合器、电信号接收器、以及处理器；
所述激光发射器发出的激光以入射角α入射光伏面板，其反射光由光电耦合器转换成电信号，由所述电信号接收器接收；所述电信号接收器与所述处理器信号相连。
2.如权利要求1所述的光伏清洁机器人，其特征在于，所述激光发射器，激光发射高度在80mm至120mm之间，其入射角α在30°至45°，所述激光发射器优选为单色激光发射器，更优选为红外激光发射器，其发射波长优选780nm至800nm之间。
3.如权利要求1所述的光伏清洁机器人，其特征在于，所述光电耦合器，设置高度在30mm至50mm。
4.如权利要求3所述的光伏清洁机器人，其特征在于，所述光电耦合器为面阵CCD，优选为CCD面阵为半圆弧状。
5.如权利要求1所述的光伏清洁机器人，其特征在于，所述电信号接收器，用于接收所述光电耦合器的耦合的光信号转化为的电信号总和；所述电信号接收器，优选为电压检测器。
6.如权利要求1所述的光伏清洁机器人，其特征在于，所述光伏清洁机器人具有与反射率数值采集模块想靠近的定位模块，用于采集所述光伏机器人的所在的光伏面板的坐标信息，所述定位模块为相对定位模块和/或绝对定位模块，所述相对定位模块为RFID标签、感应线圈、和/或红外测距装置，所述绝对定位模块为GPS模块、和/或北斗定位系统模块。
7.如权利要求6所述的光伏清洁机器人，其特征在于，所述光伏清洁机器人具有数据存储模块；所述数据存储模块，用于存储所述光伏清洁机器人清洁的光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值。
8.如权利要求7所述的光伏清洁机器人，其特征在于，所述光伏清洁机器人具有通信模块，用于将所述数据存储模块的数据或者所述定位模块及位置相应光伏面板对应的反射率数值采集模块采集的电信号值传输给用于数据处理的上位机。
9.一种光伏面板清洁程度判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、使得如权利要求1至8任意一项所述的光伏清洁机器人在光伏面板上按照标准路径采集的电信号累加获得的所述光伏面板反射率；
S2、将步骤S1获得的所述光伏面板反射率与洁净电信号阈值比较，判断所述光伏面板的洁净程度是否达到标准：当所述电信号小于所述洁净电信号阈值时，认定所述光伏面板的洁净程度达到标准；否则认定所述光伏面板的洁净程度不达标。
10.如权利要求9所述的光伏面板清洁程度判断方法，其特征在于，所述洁净电信号阈值按照如下方法确定：
(1)对于正常工作的光伏面板，使如权利要求1至8任意一项所述的光伏清洁机器人的反射率数值采集模块按照标准路径通过所述光伏面板，采集多处所述光伏面板反射光的电信号；
(2)对于每一块光伏电板，将所述电信号累加，获得所述光伏面板的面阵反射率值；
(3)将所有用于洁净电信号阈值测定的正常工作的光伏面板面阵反射率值进行正态分布拟合，取算术平均数和三倍方差的和作为洁净电信号阈值。
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