CN109546954A - 一种太阳能光伏板清洁智能控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能光伏板清洁智能控制系统及控制方法，属于太阳能光伏技术领域，由气象数据模块、数据采集模块、监控单元、机器人工作站和巡检清洗机器人组成；利用监控单元对发电电流和发电厂实时气象数据进行采集并记录与系统内建的正常发电效率衰减模型做比对，得到积灰对发电效率影响的真实状态，通过最佳成本运营数据做比较运算，得出光伏阵列清洗的优化方案，同时控制自动清洗机器人对光伏面板实施自动清洗。与现有技术相比，本发明可以自动识别光伏板局部污染并进行自动清理，可以有效延长太阳能电厂的整体清理周期，降低整体清洗频次，提高光伏板寿命，降低了运营成本，使清洗周期最优化，实现发电效率和运营成本的最优运行。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏技术领域，涉及一种太阳能光伏板清洁智能控制系统及控制方法，具体的说是涉及一种既能实现最佳清洗周期积灰自动清洗，又能实现光伏板表面局部污染及时发现和清洗的智能控制系统及其控制方法。
背景技术
当前技术背景下，光伏板表面受到积灰、冰雪，鸟类排泄物的覆盖会造成光伏板发电效率显著降低。其中积灰对光伏板的覆盖较均匀会使发电效率整体降低但不会损伤光伏板本身。而冰雪或鸟类排泄物会造成光伏板局部被遮挡，光伏板被遮挡区域会发热产生高温，最终导致光伏板局部被烧毁。
现有技术中对于积灰的处理一般采用对发电场中所有的光伏板进行集中清洗的方法，但频繁的清洗作业会提高电站的运营成本；而如果清扫作业间隔过长，过厚的积灰会大大降低发电效率。
现有技术中对于光伏板表面的局部污染，现有技术不能做到实时发现和清洗，通常采用人工巡检的方式或固定摄像头监控的方法，但受到人工巡检效率和摄像头覆盖范围的影响并不能及时发现和清除光伏板的局部污染。
发明内容
本发明的目的是针对传统光伏板积灰集中清洗作业成本高、清扫作业间隔过长则会降低发电效率，而现有技术中采用人工巡检效率低，采用固定摄像头监控则覆盖范围有限，不能做到实施发现和清洗等不足，提出一种太阳能光伏板清洁智能控制系统及其控制方法，可对光伏板局部污染进行智能清理，清理周期、发电效率和运营成本均可得到进一步优化。
本发明的技术方案是：一种太阳能光伏板清洁智能控制系统，包括太阳能光伏板；其特征在于：所述太阳能光伏清洁智能控制系统还由气象数据模块、数据采集模块、监控单元、机器人工作站和巡检清洗机器人组成；所述气象数据模块、太阳能光伏板和巡检清洗机器人的数据均传输连接至所述数据采集模块，所述数据采集模块将采集的数据传输连接至所述监控单元，所述监控单元将采集后的数据进行分析通过数据总线与机器人工作站连接，所述巡检清洗机器人设置在所述机器人工作站中，通过接收机器人工作站指令对所述太阳能光伏板进行巡检和清洗作业。
所述气象数据模块中数据由传感器进行采集，气象数据由太阳辐照程度、温度、风速、干湿度以及未来15天的天气预报组成。
所述太阳能光伏板的数据由发电电流值和发电电压值组成。
所述巡检清洗机器人的数据由机器人的实时位置和机器人抓取的巡检视觉图像信号组成。
所述巡检清洗机器人的数量至少为1个。
所述监控单元由光伏发电效率模型模块、AI图像识别模块、清洗方式判别模块和机器人路径规划模块构成。
一种太阳能光伏板清洁智能控制方法，控制方法如下：
(1)积灰状态识别和整体清洗方式
(1-1)监控单元根据数据采集模块提供的发电厂实时气象数据通过运算得到发电厂所处环境的阳光辐射强度，并将该数据输入至发电效率模型中进行计算，得到当前辐照度下光伏板应当具有的发电效率，记为效率1；
(1-2)监控单元读取数据传输单元提供的发电厂发电实时效率，记为效率2；
(1-3)监控单元将比较效率1和效率2得到效率差，记为效率3，并生成监控记录数据库；
(1-4)监控单元采集正午12点的效率差并记录，当记录数据量满足预设值后，监控单元将连续的效率3数据拟合成曲线，并与正常的发电效率衰减曲线做对比，当比值超越设定阀值时，符合光伏板积灰集中清理的模式；
(1-5)监控单元读取发电厂所处位置的15日天气预报，如气象条件允许，则监控单元将向机器人工作站发出集中清洗指令，并通过电站维护人员确认，如被确认，则机器人工作站将机器人设置为清洗模式，并控制机器人按照预先设定的清洗路线逐一清洗太阳能光伏发电板；
(1-6)如电站运行人员不认可监控单元判断结果，则系统将返回监控状态；(1-7)当机器人携带的清洗剂使用完或机器人能源将耗尽时，机器人将自动
返回机器人工作站进行清洗剂和能源的补充，直到完成全部清洗任务；
(2)局部污渍识别和清除方式
(2-1)监控单元根据发电站光伏板分布的位置，自动或由控制人员设定巡检机器人的巡检路线，并将巡检路线和巡检命令发送给机器人巡检工作站，机器人巡检工作站将机器人设置为巡检模式，并控制机器人对光伏板进行巡检；
(2-2)巡检过程中机器人利用携带的高清摄像头对每一块光伏板进行拍照，并将照片及对应的光伏板位置信息发送到数据采集模块，由数据采集模块发送给监控单元；
(2-3)通过监控单元内部AI图像是能识别模块，对光伏板照片进行识别，识别出光伏板上是否存在局部污渍，并识别污渍的类型和覆盖面积，并判断污渍覆盖的面积是否会引起光伏板的局部发热；
(2-4)将光伏板的位置及编号记录到数据库中，当全部光伏板巡检完成后，监控单元将局部污染物清洗要求和光伏板位置发送给机器人工作站，机器人工作站将机器人设置为清洗模式，并控制机器人对需要清洗的光伏板进行清洗；
(2-5)当清洗全部完成后，系统根据运行记录确认清洗结果并生成报表；
(2-6)当清洗机器人所携带的清洗剂或能源不足时，机器人自动返回机器人工作站进行自身维护，维护完成后自动返回中断清洗的位置继续清洗，直到完成全部清洗任务。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种太阳能光伏板清洁智能控制系统及其控制方法，利用监控单元对发电电流和发电厂实时气象数据进行采集并记录与系统内建的正常发电效率衰减模型做比对，得到积灰对发电效率影响的真实状态，通过最佳成本运营数据做比较运算，得出光伏阵列清洗的优化方案，同时控制自动清洗机器人对光伏面板实施自动清洗。与现有技术相比，本发明可以自动识别光伏板局部污染并进行自动清理，可以有效延长太阳能电厂的整体清理周期，降低整体清洗频次，提高光伏板寿命，降低了运营成本；智能识别积灰对发电效率的影响权重，智能给出太阳能发电站整体清洗节点，使清洗周期最优化，实现发电效率和运营成本的最优运行。
附图说明
图1 为本发明系统模块结构示意图。
图2 为本发明中积灰程度判断及清洗流程示意图。
图3 为本发明中光伏板日常巡检及局部污染清洗流程示意图。
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：
如图1所示 数据采集模块采集光伏发电厂控制系统输出的发电效率监控数据，气象数据和巡检清洗机器人反馈的位置信息和图像信息，数据采集模块将上述采集的数据发送给监控单元。
监控单元内包括有光伏发电效率模型，AI图像识别单元，清洗方式判别模块和机器人路径规划模块，通过上述模块间的数据传递和运算比较，监控模块可以计算得出当前光伏板的整体积灰情况，并向机器人工作站给出清洗指令，此为本发明的一种运行方式，命名为积灰状态识别/整体清洗模式。本发明的另一种运行方式为局部污渍识别清除模式。
参照附图2 说明具体实施方式1 积灰状态识别整体清洗模式
监控单元根据数据采集模块提供的发电厂实时气象数据通过运算得到发电厂所处环境的阳光辐射强度，并将该数据输入至发电效率模型中进行计算，得到当前辐照度下光伏板应当具有的发电效率，记为效率1。同时监控单元读取数据传输单元提供的发电厂发电实时效率(效率2)。
监控单元将比较理论发电效率1和实际发电效率2得到效率差（记为效率3）并生成监控记录数据库。一般的，监控单元采集正午12点的效率差并记录。当记录数据量满足预设值后(该预设值由发电站根据运行经验设定)监控单元会将连续的效率3数据拟合成曲线，并与正常的发电效率衰减曲线做对比，当比值超越设定阀值时，监控单元将做出光伏板积灰已达到必须集中清理的程度，此时监控单元将读取发电厂所处位置的15日天气预报，如气象条件允许，则监控单元将向机器人工作站发出集中清洗指令，并待发电站维护人员确认，如被确认，则机器人工作站将无人机器人设置为清洗模式，并控制机器人按照预先设定的清洗路线逐一清洗太阳能光伏发电板，当机器人携带的清洗剂使用完或机器人能源将耗尽时，机器人将自动返回机器人工作站进行清洗剂和能源的补充。直到完成全部清洗任务。如电站运行人员不认可监控单元判断结果，则系统将返回监控状态。
参照附图3说明具体实施方式2 光伏板局部污渍识别/清洗模式。本发明监控单元根据发电站光伏板分布的位置，自动或由控制人员设定巡检机器人的巡检路线，并将巡检路线和巡检命令发送给所述机器人巡检工作站，机器人巡检工作站将机器人设置为巡检模式，并控制机器人对光伏板进行巡检。巡检过程中机器人利用携带的高清摄像头对每一块光伏板进行拍照，并将照片及对应的光伏板位置信息发送到所述数据采集单元，由数据采集单元发送给监控单元，
监控单元内部具有AI图像是能识别单元，根据光伏板照片识别出光伏板上是否存在局部污渍，并识别污渍的类型和覆盖面积，并自动判断污渍覆盖的面积是否会引起光伏板的局部发热。如是，则将光伏板的位置及编号记录到数据库中。当全部光伏板巡检完成后，监控单元将局部污染物清洗要求和光伏板位置发送给机器人工作站。机器人工作站将机器人设置为清洗模式，并控制机器人对需要清洗的光伏板进行清洗。当清洗全部完成后，系统根据运行记录确认清洗结果并生成报表。特殊的当清洗机器人所携带的清洗剂或能源不足时，机器人会自动返回机器人工作站进行自身维护。维护完成后自动返回中断清洗的位置继续清洗，直到完成全部清洗任务。
Claims (7)
1.一种太阳能光伏板清洁智能控制系统，包括太阳能光伏板；其特征在于：所述太阳能光伏清洁智能控制系统还由气象数据模块、数据采集模块、监控单元、机器人工作站和巡检清洗机器人组成；所述气象数据模块、太阳能光伏板和巡检清洗机器人的数据均传输连接至所述数据采集模块，所述数据采集模块将采集的数据传输连接至所述监控单元，所述监控单元将采集后的数据进行分析通过数据总线与机器人工作站连接，所述巡检清洗机器人设置在所述机器人工作站中，通过接收机器人工作站指令对所述太阳能光伏板进行巡检和清洗作业。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板清洁智能控制系统，其特征在于：所述气象数据模块中数据由传感器进行采集，气象数据由太阳辐照程度、温度、风速、干湿度以及未来15天的天气预报组成。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板清洁智能控制系统，其特征在于：所述太阳能光伏板的数据由发电电流值和发电电压值组成。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板清洁智能控制系统，其特征在于：所述巡检清洗机器人的数据由机器人的实时位置和机器人抓取的巡检视觉图像信号组成。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板清洁智能控制系统，其特征在于：所述巡检清洗机器人的数量至少为1个。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板清洁智能控制系统，其特征在于：所述监控单元由光伏发电效率模型模块、AI图像识别模块、清洗方式判别模块和机器人路径规划模块构成。
7.一种太阳能光伏板清洁智能控制方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的太阳能光伏板清洁智能控制系统，控制方法如下：
(1)积灰状态识别和整体清洗方式
(1-1)监控单元根据数据采集模块提供的发电厂实时气象数据通过运算得到发电厂所处环境的阳光辐射强度，并将该数据输入至发电效率模型中进行计算，得到当前辐照度下光伏板应当具有的发电效率，记为效率1；
(1-2)监控单元读取数据传输单元提供的发电厂发电实时效率，记为效率2；
(1-3)监控单元将比较效率1和效率2得到效率差，记为效率3，并生成监控记录数据库；
(1-4)监控单元采集正午12点的效率差并记录，当记录数据量满足预设值后，监控单元将连续的效率3数据拟合成曲线，并与正常的发电效率衰减曲线做对比，当比值超越设定阀值时，符合光伏板积灰集中清理的模式；
(1-5)监控单元读取发电厂所处位置的15日天气预报，如气象条件允许，则监控单元将向机器人工作站发出集中清洗指令，并通过电站维护人员确认，如被确认，则机器人工作站将机器人设置为清洗模式，并控制机器人按照预先设定的清洗路线逐一清洗太阳能光伏发电板；
(1-6)如电站运行人员不认可监控单元判断结果，则系统将返回监控状态；(1-7)当机器人携带的清洗剂使用完或机器人能源将耗尽时，机器人将自动
返回机器人工作站进行清洗剂和能源的补充，直到完成全部清洗任务；
(2)局部污渍识别和清除方式
(2-1)监控单元根据发电站光伏板分布的位置，自动或由控制人员设定巡检机器人的巡检路线，并将巡检路线和巡检命令发送给机器人巡检工作站，机器人巡检工作站将机器人设置为巡检模式，并控制机器人对光伏板进行巡检；
(2-2)巡检过程中机器人利用携带的高清摄像头对每一块光伏板进行拍照，并将照片及对应的光伏板位置信息发送到数据采集模块，由数据采集模块发送给监控单元；
(2-3)通过监控单元内部AI图像是能识别模块，对光伏板照片进行识别，识别出光伏板上是否存在局部污渍，并识别污渍的类型和覆盖面积，并判断污渍覆盖的面积是否会引起光伏板的局部发热；
(2-4)将光伏板的位置及编号记录到数据库中，当全部光伏板巡检完成后，监控单元将局部污染物清洗要求和光伏板位置发送给机器人工作站，机器人工作站将机器人设置为清洗模式，并控制机器人对需要清洗的光伏板进行清洗；
(2-5)当清洗全部完成后，系统根据运行记录确认清洗结果并生成报表；
(2-6)当清洗机器人所携带的清洗剂或能源不足时，机器人自动返回机器人工作站进行自身维护，维护完成后自动返回中断清洗的位置继续清洗，直到完成全部清洗任务。
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