CN110653188B - 一种履带式光伏运维装置及其在分布式光伏电站中的应用 - Google Patents

Abstract

一种履带式光伏运维装置及其在分布式光伏电站中的应用。本发明涉及一种履带式光伏运维装置，包括驱动机构、履带式行走机构以及清洁机构。所述驱动机构包括直流无刷减速电机及传动齿轮组。所述履带式行走机构包括驱动轮、橡胶履带、导向轮、支重轮、机架。所述清洁机构包括工业用刷，与履带式行走机构的导向轮同轴。本发明克服了分布式光伏电站运维人工成本高、劳动强度大、效率低的缺点。

Description

一种履带式光伏运维装置及其在分布式光伏电站中的应用

技术领域

本发明涉及光伏发电设备运维领域，具体涉及一种履带式光伏运维装置以及该履带式光伏运维装置在分布式光伏电站中的日常运维。

背景技术

在国家清洁能源政策的推动下，分布式光伏电站规模将首次超过集中式光伏电站。分布式光伏电站大多分布在屋顶、农业大棚、鱼塘等设施或建筑上。分布式光伏电站运维不能像集中式光伏电站那样通过建立大规模的运维队伍带来较为满意的运维结果。从而导致了分布式光伏电站的检修、检测成本加大，而且由于单体体量较小，同时增加了运维养护的成本。分布式光伏电站需要依靠智能化的运维手段来实现精细、高效的运维。

光伏面板的清洁是光伏运维最重要的一部分，光伏组件表面的污渍对发电效率的影响相当显著，其原因主要是以下两个方面：一是光伏组件表面的污渍影响了光线的透射率，进而影响组件表面接收到的辐射量。二是组件表面的污渍因为距离电池片的距离很近，在光伏组件局部区域形成热斑效应，进而降低组件的发电效率，甚至烧毁组件。

公开号为CN 108940967A的专利申请提供了一种适用于光伏板的自动化清洁系统,该系统的清洁装置为清洁小车，所述清洁小车通过牵引装置在光伏板上移动，并且在清洁小车上设置有喷水装置和储水箱，使用喷水装置进行清洁会比较彻底的清除污渍。但是由于其整体重量较大，使清洁效率降低，其结构复杂导致运行稳定性相对较低。

专利号为US9130502B1的美国专利提供了一种光伏板清洗机，该清洗机的清洁机构设置有鼓风机和机械刷，清除污物会比较彻底。但是其需要在光伏板上设置导轨，清洁机构框架上的滚轮沿导轨移动，由于此布局方式比较复杂，成本较高，不适用于分布式光伏电站的运维。

发明内容

本发明要解决的技术问题是分布式光伏电站运维过程中存在的人工清洁成本高、效率低、劳动强度大的问题。为解决上述问题，本发明提供一种履带式光伏运维装置，其包括驱动机构、履带式行走机构以及清洁机构，所述驱动机构用于提供动力，所述履带式行走机构用于装置整体在光伏板上移动，所述清洁机构用于清理光伏板表面。所述驱动机构包括直流无刷减速电机及传动齿轮组,所述直流无刷减速电机通过所述传动齿轮组将动力传送到其他部件。所述履带式行走机构包括驱动轮、橡胶履带、导向轮、支重轮、机架。

与现有技术相比，按照本发明的履带式光伏运维装置运行可靠、重量轻、效率高。

优选的是，所述机架上安装有所述驱动轮、所述导向轮、所述支重轮和所述驱动机构中的所述直流无刷减速电机、所述传动齿轮组。安装所述驱动轮和所述导向轮便于机体的转向，所述支重轮减轻了所述驱动轮和导向轮的压力，所述直流无刷减速电机体积小出力大。

在上述任一方案中优选的是，所述驱动轮与所述导向轮通过所述橡胶履带连接。所述橡胶履带越障能力强，并且具备一定的清洁功能。

在上述任一方案中优选的是，所述清洁机构包括工业用刷，所述工业用刷安装在两个所述导向轮之间，并且与所述导向轮同轴，该工业用刷的外径与履带式行走机构的高度相同。所述导向轮可以带动所述工业用刷转动的清扫，不需要单独为所述工业用刷提供动力。该工业用刷的外径与履带式行走机构的高度相同可以使刷毛有合适的距离接触光伏组件，有助于清理污物。

在上述任一方案中优选的是，所述直流无刷减速电机设置有两个，均选用德马克D5BLD200-24GU-30S型直流无刷减速电机，减速比为20，适配驱动器型号为BLD750。此型号的直流无刷减速电机体积小、出力大、能耗低。

在上述任一方案中优选的是，所述传动齿轮组包括传动齿轮组主动轮和传动齿轮组从动轮，传动齿轮组传动比为1：1，可以减少动力的损失。

在上述任一方案中优选的是，所述驱动轮有两个，安装在机架两侧，通过同一根轴连接，所用材料为ZG50Mn2，即碳铸钢50％锰2比1混合材料。该材料强度高、韧性好、成本低。

在上述任一方案中优选的是，所述橡胶履带型号选用力维机械SMX-70型，其节距为40mm，宽度为70mm，轨距为280mm，接地长度为378mm。该型号履带轻巧、耐磨、爬坡能力优秀，并具有一定的清洁能力。

在上述任一方案中优选的是，所述导向轮材料选择ZG310，尺寸与所述驱动轮相同，该材料强度高、耐冲击、耐磨。

在上述任一方案中优选的是，所述支重轮共8个，安装在机架两侧，一侧安装4个，用于支撑整个装置的重量，所用材料可以为50Mn，该材料强度、弹性、硬度较好。

在上述任一方案中优选的是，所述机架两侧安装有所述导向轮、所述驱动轮、所述支重轮。同一侧的所述导向轮与所述驱动轮通过所述橡胶履带连接，所述两个导向轮之间同轴安装有所述工业用刷。两个所述橡胶履带之间安装有两个所述直流无刷减速电机，该两个所述直流无刷减速电机分别与两个所述传动齿轮组主动轮连接。两个所述传动齿轮组主动轮分别与两个所述传动齿轮组从动轮啮合，两个所述传动齿轮组从动轮分别连接在两个驱动轮轴上，两个所述驱动轮轴上分别连接两个所述驱动轮。以上连接方式所述直流无刷减速电机距离所述驱动轮比较近，所用齿轮较少，减少了动能损失。

在上述任一方案中优选的是，适用于分布式光伏电站的日常运维，光伏板坡度为10°-30°，清洁形式为无水清洁，工作环境温度为-40-70℃，防护等级为IP65。无水清洁无需配备喷水装置及水箱，降低了整个机体的重量，提升了工作效率。该防护等级可以完全防止尘埃进入机构内部，并且可以隔绝喷溅的水进入，减少了本发明的运维成本。

在上述任一方案中优选的是，整机重量为20kg，工作功率200W，单次行走距离200m，平均速度为0.8m/s，峰值速度为1.2m/s。该机体重量轻、效率高，适合于分布式光伏电站的运维。

在上述任一方案中优选的是，整机布置形式为双电机驱动及转向。双电机驱动可以较好的控制机体转向。

在上述任一方案中优选的是，所述直流无刷减速电机的启动与制动由所述驱动器内部的PLC模块控制。特别优选的是，所述驱动器内部的PLC模块可分别控制两侧直流无刷减速电机中的每一侧的直流无刷减速电机的启动与制动。这样就可实现原地转向，即一侧直流无刷减速电机制动，另一侧直流无刷减速电机持续输出。

附图说明

图1为按照本发明的履带式光伏运维装置的一优选实施例的主视图；

图2为按照本发明的履带式光伏运维装置的如图1所示实施例的俯视图；

图3为按照本发明的履带式光伏运维装置的如图1所示实施例的左侧视图；

图4为按照本发明的履带式光伏运维装置的如图1所示实施例的右侧视图；

图5为按照本发明的履带式光伏运维装置的机架的一优选实施例的主视图；

图6为按照本发明的一种履带式光伏运维装置的如图5所示实施例的机架俯视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-直流无刷减速电机，2-驱动轮，3-橡胶履带，4-导向轮，5-支重轮，6-机架，7-传动齿轮组，8-工业用刷，9-传动齿轮组主动轮，10-传动齿轮组从动轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1至图4所示，在本实施例中，按照本发明的履带式光伏运维装置适用于尺寸为1650×992×40mm的光伏板，其采用无水清洁方式，工作环境温度为-40-70℃，坡度为10°-30°的环境下，整机重量为20kg，工作功率为200W，平均行进速度为0.8m/s，峰值速度为1.2m/s，防护等级IP65，整机布置形式为双电机驱动及转向。

在本实施例中，所述履带式光伏运维装置包括驱动机构、履带式行走机构以及清洁机构，所述驱动机构用于提供动力，所述履带式行走机构用于装置整体在光伏板上移动，所述清洁机构用于清理光伏板表面。

在本实施例中，所述驱动机构包括直流无刷减速电机1及传动齿轮组7,直流无刷减速电机1通过传动齿轮组7将动力传送到其他部件，传动齿轮组7又包括传动齿轮组主动轮9和传动齿轮组从动轮10。由于本实施例中按照本发明的履带式光伏运维装置采用双电机驱动，所以共有两个直流无刷减速电机1并排布置在机体上，并且有两套传动齿轮组7分别为两个直流无刷减速电机1传递动力。

实施例2

如图5至图6所示，在实施例1的基础上，本实施例中所述履带式行走机构包括驱动轮2、橡胶履带3、导向轮4、支重轮5、机架6。机架6上安装有驱动轮2、导向轮4、支重轮5和直流无刷减速电机1。两个传动齿轮组主动轮9分别连接在两个直流无刷减速电机1的转轴上。两个传动齿轮组从动轮10分别安装在两个驱动轮轴一端上。两个驱动轮轴另一端分别连接两个驱动轮2。传动齿轮组主动轮9和传动齿轮组从动轮10啮合。两个导向轮4通过一根轴连接。两个驱动轮2和两个导向轮4分别设置在机架两侧，同一侧的驱动轮2和导向轮4通过一根橡胶履带3连接，即直流无刷减速电机1通过传动齿轮组7带动两个驱动轮2，驱动轮2再通过橡胶履带3带动导向轮4转动，整个机体通过机架两侧的橡胶履带3行走。由于整个机体上最大的重量就是两个直流无刷减速电机1，所以支重轮5安装在直流无刷减速电机1下部，支重轮5共八个，每个直流无刷减速电机1下安装4个支重轮5。在本实施例中驱动轮2材料选用ZG50Mn2,齿数23，节圆直径155mm，齿顶圆直径164mm,齿根圆直径140mm，厚度40mm；导向轮4材料选择ZG310，尺寸与驱动轮2一致；支重轮5材料为50Mn,直径为45mm，间距为62mm；

在本实施例中，清洁机构包括工业用刷8，其安装在两个导向轮4之间，并且与导向轮4同轴。工业用刷8外径与履带式行走机构高度相同。由于工业用刷8固定在导向轮轴上，在机体行走时，工业用刷8也会随着导向轮4转动，滚动地清洁光伏板表面。由于橡胶履带3也具有一定的清洁功能，所以机体的宽度就是可清洁的宽度。工业用刷8可以有效地清洁光伏板上的树叶、泥土、鸟粪、灰尘等污物，消除热斑效应所带来的消极影响。

在本实施例中，按照本发明的履带式光伏电站运维装置在所述驱动器内部设有PLC模块，所述直流无刷减速电机1的启动与制动由所述驱动器内部的PLC模块控制。

在本实施例中，按照本发明的履带式光伏运维装置在电机控制下可实现原地转向，其配置成可一侧直流无刷减速电机1制动，另一侧直流无刷减速电机1持续输出，由电机驱动器内部的PLC模块控制电机的启动与制动，以此来实现原地转向。

由于分布式光伏电站大多分布在屋顶、农业大棚、鱼塘等设施或建筑上，并且在本实施例中按照本发明的履带式光伏运维装置的整机重量只有20kg，所以，按照本发明的履带式光伏运维装置适用于这种单体体量较小的运维，清洁效率高、结构简单、运行稳定、节省了人工运维成本。

实施例3

在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中所述清洁机构还包括污物收集箱，所述污物收集箱可拆卸的安装在工业用刷8和直流无刷减速电机1之间，整体呈长方体，并设有开口，开口正对工业用刷8，宽度与工业用刷8相同。机体行走过程中，导向轮4转动带动工业用刷8转动，工业用刷8将污物清扫进污物收集箱，防止污物落在已清理过的光伏组件表面区域。

实施例4

在实施例1或实施例2的基础上，在本实施例中，直流无刷减速电机1选用功率为200W，电压为24V，额定转速为3000rpm，最大转矩为1.9Nm，减速比为20的直流无刷电机，并配有驱动器与减速机。德马克D5BLD200-24GU-30S型号，适配驱动器型号选择BLD750为一优选方案。

实施例5

在实施例2的基础上，在本实施例中，橡胶履带3选择节距为40mm，宽度为70mm，轨距为280mm，接地长度为378mm。力维机械SMX-70型为一优选方案，其具备一定的清洁功能。

实施例6

在实施例2的基础上，在本实施例中，工业用刷8选用螺旋辊毛刷，材质为尼龙丝，其优点是弹性好、耐磨、吸水性差。然而，本发明的工业用刷8不限于螺旋辊式毛刷，可以是任何形式的能够实现本发明的功能的刷，例如平板刷。材料也不限于尼龙丝，例如可以采用金属材料或者动物皮毛等任何适用材料。

实施例7

在实施例1的基础上，在本实施例中，按照本发明的履带式光伏运维装置还适用于尺寸为1650×990×40mm的光伏板。

实施例8

在实施例2的基础上，在本实施例中，规定导向轮4相对于驱动轮2位于机体的前方，工业用刷8安装在导向轮4的前方。工业用刷8呈圆柱体，通过其中心固定在一根轴上，轴两端安装在机架上，在通过齿轮组将动力由导向轮轴传递到工业用刷轴上，带动工业用刷8滚动。

实施例9

在实施例8的基础上，在本实施例中，导向轮4与并排设置的两个直流无刷减速电机1之间再安装一个电机，用来为工业用刷8的滚动清扫提供动力。所述电机与工业用刷轴之间通过齿轮组传递动能，并且可以通过所述电机上的PLC模块控制工业用刷的滚动和停止或调节转速，遇到一些顽固的污物可以提高转速清理，实现更加彻底的清扫效果。

实施例10

在实施例8的基础上，在本实施例中，工业用刷8安装在机架6上的升降装置上。当遇到较顽固的污物时，可以适当降低工业用刷8的高度，即使用更大的力清扫。一般情况下工业用刷8保持在适合的高度延长使用寿命。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种履带式光伏运维装置，包括驱动机构、履带式行走机构以及清洁机构，其特征在于，所述驱动机构包括直流无刷减速电机及传动齿轮组，所述履带式行走机构包括驱动轮、橡胶履带、导向轮、支重轮、机架；

所述机架上安装有所述驱动轮、所述导向轮、所述支重轮和所述驱动机构中的所述直流无刷减速电机、所述传动齿轮组，所以支重轮安装在直流无刷减速电机下部；

所述驱动轮与所述导向轮通过所述橡胶履带连接，两个导向轮通过一根轴连接；

所述清洁机构包括工业用刷，该工业用刷安装在两个所述导向轮之间，并且与所述导向轮同轴；

所述清洁机构还包括污物收集箱，所述污物收集箱可拆卸的安装在工业用刷和直流无刷减速电机之间，整体呈长方体，并设有开口，开口正对工业用刷，宽度与工业用刷相同。

2.根据权利要求1所述的履带式光伏运维装置，其特征在于，工业用刷外径与履带式行走机构的高度相同。

3.根据权利要求1所述的履带式光伏运维装置，其特征在于，所述直流无刷减速电机设置有两个。

4.根据权利要求1所述的履带式光伏运维装置，其特征在于，所述传动齿轮组包括传动齿轮组主动轮和传动齿轮组从动轮，传动齿轮组传动比为1：1。

5.根据权利要求1所述的履带式光伏运维装置，其特征在于，所述驱动轮有两个，安装在机架两侧，通过同一根轴连接，并选用ZG50Mn2制成。

6.根据权利要求1所述的履带式光伏运维装置，其特征在于，所述橡胶履带型号选用力维机械SMX-70型。

7.根据权利要求1所述的履带式光伏运维装置，其特征在于，所述导向轮尺寸与所述驱动轮相同。

8.根据权利要求1-7所述的履带式光伏运维装置的应用，用于分布式光伏电站的日常运维，其特征在于，该分布式光伏电站的光伏板坡度为10°-30°，清洁形式为无水清洁，工作环境温度为-40-70℃，防护等级为IP65。