CN111715651A - 光伏组件自动化清洁系统及光伏组件自动化清洁方法 - Google Patents

光伏组件自动化清洁系统及光伏组件自动化清洁方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏组件自动化清洁系统，包括传感元件、清洁模组、滑动轨道以及驱动机构，两条滑动轨道分别设于光伏组件的宽度方向的两侧并沿光伏组件的长度方向延伸，清洁模组可滑动地设于两条滑动轨道上并接触光伏组件外表面；传感元件固定在光伏组件的一侧以检测光伏组件的透光率；在光伏组件的透光率低于预定值时，驱动机构驱动清洁模组沿滑动轨道移动，以对光伏组件外表面进行清洁。本发明还公开了一种光伏组件自动化清洁方法。本发明可实现对光伏组件的外表面的自动清洁，提高了光伏组件的清洁效率。另外，可以通过采用清洁模组的毛刷在光伏组件表面移动来清洁灰尘，还可切换至采用清洁模组的刮板刮除积雪，功能齐全，且自动化程度高。

Description

光伏组件自动化清洁系统及光伏组件自动化清洁方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏组件自动化清洁系统及光伏组件自动化清洁方法。
背景技术
目前，集中式光伏电站多安装在西部的荒漠地区，由于该地区常年风沙大，冬天又经常下雪，自然条件恶劣，光伏组件经过长时间运行后，表面会覆盖一层厚厚的灰尘，有时还会在冬天覆盖厚厚的积雪，严重影响光伏组件的发电效益，甚至还会出现热斑效应，对光伏组件正常运行造成严重影响，因此在进行电站运行维护的过程中，需要定期对光伏组件的表面进行清洁。
通常，光伏电站组件的清洁主要有两种形式：人工清洁及清洁车清洁。其中，人工进行清洁的方式时间长、效率低、耗时耗力，对于大规模光伏电站来说进行维护清理的难度相当大；而清洁车清洁的方式虽然解放了人力，但只能满足小规模的光伏组件清洁，对于缺水地区则也难以满足大规模电站组件的清洁需求。因此，设计一种可自动清洁光伏组件表面的尘土及积雪的系统很有必要。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种光伏组件自动化清洁系统及光伏组件自动化清洁方法，可以实现光伏组件表面的尘土及积雪的自动清洁，提高清洁效率。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种光伏组件自动化清洁系统，包括传感元件、清洁模组、滑动轨道以及驱动机构，两条所述滑动轨道分别设于光伏组件的宽度方向的两侧并沿光伏组件的长度方向延伸，所述清洁模组可滑动地设于两条所述滑动轨道上并接触光伏组件的外表面；所述传感元件固定在光伏组件的一侧，用于检测光伏组件的透光率；所述驱动机构用于在光伏组件的透光率低于预定值时，驱动所述清洁模组沿所述滑动轨道移动，以对光伏组件的外表面进行清洁。
作为其中一种实施方式，所述光伏组件自动化清洁系统还包括监控中心，所述监控中心与所述传感元件通信连接，用于实时接收所述传感元件检测到的透光率，并在接收到的透光率低于预定值时，发出驱动信号以控制所述驱动机构运行。
作为其中一种实施方式，所述光伏组件自动化清洁系统还包括警示模块，所述警示模块连接所述监控中心和所述传感元件，用于在所述传感元件检测到透光率低于预定值时，向所述监控中心发出警报信号。
作为其中一种实施方式，所述传感元件为光泽传感器。
作为其中一种实施方式，所述清洁模组包括杆体和设于所述杆体外周面的至少一排沿所述杆体的轴向延伸的毛刷，所述毛刷用于接触光伏组件的表面，以对光伏组件的外表面进行清洁。
作为其中一种实施方式，所述杆体与所述驱动机构可转动地连接；所述清洁模组还包括设于所述杆体外周面的长条形的刮板，所述刮板沿所述杆体的轴向延伸，并与所述毛刷在所述杆体的周向上间隔设置，用于在所述杆体相对于所述驱动机构转动后接触光伏组件的表面，以对光伏组件的外表面进行清洁。
作为其中一种实施方式，所述刮板截面呈L形，包括连接所述杆体外周面的连接板和相对于所述连接板弯折形成的折弯部，所述折弯部用于接触光伏组件的表面。
作为其中一种实施方式，所述杆体中空设置，所述杆体的位于所述刮板与所述毛刷之间的周面开设有通孔，所述杆体的端部开设有连通所述通孔的通道。
作为其中一种实施方式，所述光伏组件自动化清洁系统还包括第一气缸；所述驱动机构包括第二气缸，所述第二气缸的活塞杆铰接所述杆体，所述第一气缸的缸体与所述杆体相对固定，所述第一气缸的活塞杆与所述第二气缸的活塞杆铰接，用于在工作时驱动所述杆体旋转而选择所述毛刷或所述刮板与光伏组件的表面接触。
本发明的另一目的在于提供一种光伏组件自动化清洁方法，包括：
检测光伏组件的透光率；
判断光伏组件的透光率是否低于预定值；
在光伏组件的透光率低于预定值时，驱动清洁模组沿滑动轨道移动而对光伏组件的外表面进行清洁。
本发明通过采用传感元件检测光伏组件的透光率，并在光伏组件的透光率低于预定值时，驱动所述清洁模组沿滑动轨道移动，即可实现对光伏组件的外表面的自动清洁，提高了光伏组件的清洁效率。另外，当需要清洁灰尘时，可以通过采用清洁模组的毛刷在光伏组件表面移动完成，当需要清洁积雪时，可以切换至采用清洁模组的刮板刮除积雪，功能齐全，且自动化程度高。
附图说明
图1为本发明实施例的光伏组件自动化清洁系统的使用状态示意图；
图2为本发明实施例的一种清洁模组的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种清洁模组的驱动方式示意图；
图4为本发明实施例的一种光伏组件自动化清洁方法示意图；
图中标号说明如下：
1-光伏组件；10-传感元件；20-清洁模组；21-杆体；22-毛刷；23-刮板；30-滑动轨道；40-驱动机构；41-第二气缸；210-通孔；211-安装条；231-连接板；232-折弯部。
具体实施方式
在本发明中，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
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。
参阅图1，本发明实施例提供了一种光伏组件自动化清洁系统，主要包括传感元件10、清洁模组20、滑动轨道30以及驱动机构40，两条滑动轨道30分别设于光伏组件1的宽度方向(如图1中的竖直方向)的两侧，并沿光伏组件1的长度方向(如图1中的水平方向)延伸，清洁模组20可滑动地设于两条滑动轨道30上并接触光伏组件1的外表面。传感元件10固定在光伏组件1的一侧，用于检测光伏组件1的透光率；驱动机构40用于在光伏组件1的透光率低于预定值时，驱动清洁模组20沿滑动轨道30移动，以对光伏组件1的外表面进行清洁。
清洁模组20悬于光伏组件1的上方，架设于两条滑动轨道30上，当光伏组件1的外表面需要进行清洁时，通过继电器控制驱动机构40工作，使得清洁模组20沿着滑动轨道30运动，并利用其上的清洁结构对下方的光伏组件1进行清洁。在必要时，可通过控制清洁模组20沿着滑动轨道30做往复运动多次进行清洁，以保证清洁效果。
为提高清洁过程的自动化程度，光伏组件自动化清洁系统还具有监控中心50，通过将监控中心50与传感元件10通信连接，可实时接收传感元件10检测到的光伏组件1的透光率，并在接收到的透光率低于预定值时，发出驱动信号(如控制继电器闭合指令)以控制驱动机构40运行，从而启动清洁动作。
监控中心50优选与传感元件10通过蓝牙实时通讯，也可以采用其他无线通讯方式连接，从而避免采用有线连接而增加布线难度，提高了传感元件10安装方式的灵活性，如还可采用无线局域网或电磁波通讯等。监控中心50还可以提供人机交互界面或接口，使得操作者可以通过监控中心5自由控制整个光伏组件自动化清洁系统的运行状态，如，手动暂停清洁动作、设置驱动机构40的运动参数来调节清洁模组20的移动频率或速度，还可以选择性地连接光伏组件的不同部位来观察光伏组件不同区域的被覆盖状态，或切换至与不同光伏组件上的传感元件10通信来实现集中式监控。
作为其中一种实施方式，传感元件10可以为光泽传感器，通过朝光伏组件1表面发射光线并检测收到的反射光，与无覆盖物的光伏组件检测结果对比，即可得出透光率的变化情况，从而判断有无覆盖物。可以固定在光伏组件1的外侧(上方)，当光伏组件1外表面覆盖有灰尘或积雪时，即可检测到光伏组件1的透光率发生变化，也可以固定在光伏组件1的内侧(下方)，利用光伏组件1对传感元件10起到一定的保护作用，延长其使用寿命，并可避免受外物干扰，保证其检测结果的准确性。
另外，光伏组件自动化清洁系统还可以包括警示模块，警示模块连接监控中心50和传感元件10，在传感元件10检测到透光率低于预定值时，警示模块向监控中心50发出警报信号，从而提醒监控中心50得知光伏组件1已覆盖有较多的灰尘或积雪，操作者可以选择自动清理或是按需手动清理。
如图2所示，清洁模组20包括杆体21和设于杆体21外周面的一排沿杆体21的轴向延伸的毛刷22，毛刷22可用来接触光伏组件1的表面，以在杆体21沿滑动轨道30运动的过程中对光伏组件1的外表面进行清洁。可以理解的是，毛刷22的排布长度需要覆盖光伏组件1的宽度，以实现整个表面的清洁，毛刷22也可以设计为多排，多排毛刷22在杆体21的周向上间隔设置，以提高清洁效果。
考虑到气候原因，平时，光伏组件1的表面仅覆盖有灰尘等异物，只需要简单使用毛刷即可清洁光伏组件1，当进入冬天时，频繁降雪将导致光伏组件1积雪而影响发电，如果还采用毛刷22进行清洁，仅能清理较薄的积雪，因此，本申请还进一步在清洁模组20上设置有刮板23，以解决较厚的积雪难以清除的难题。具体地，杆体21与驱动机构40可转动地连接，刮板23呈长条形，其形成于杆体21的外周面，沿杆体21的轴向延伸，且长度与光伏组件1的宽度相当，刮板23与毛刷22在杆体21的周向上间隔设置，可以在杆体21相对于驱动机构40转动后接触光伏组件1的表面，以对光伏组件1的外表面进行清洁。
优选地，刮板23截面呈L形，包括连接杆体21外周面的连接板231和相对于连接板231弯折形成的折弯部232，折弯部232用于接触光伏组件1的表面来清洁积雪。本实施例采用L形刮板23，与平面型的刮板相比，可以使得杆体21移动更省力，当被刮下的积雪出现堆积后，不至于在刮板与杆体21的连接部出现较严重的应力集中现象，将平面型刮板连接处所受的垂直扭矩转换为L形刮板连接处的拉扯应力，提高清洁模组的使用寿命。
作为其中一种实施方式，如图3所示，驱动机构40采用气缸驱动清洁模组20，第二气缸41的缸体固定于滑动轨道30的一端，第二气缸41的活塞杆铰接杆体21，从而在第二气缸41的活塞杆伸缩的过程中驱动杆体21在滑动轨道30上来回移动，同时，杆体21可相对于第二气缸41的活塞杆转动来选择性地使刮板23或毛刷22接触光伏组件1来选择清洁模式。
例如，如图2和3所示，L形的刮板23与毛刷22分别设于杆体21的径向上的两端，当需要从毛刷22切换至刮板23工作时，只需要转动杆体21，使杆体21沿图3所示的逆时针方向旋转90°即可，当需要从刮板23切换至毛刷22工作时，只需要将杆体21反向旋转90°即可。
为提高系统的自动化程度，光伏组件自动化清洁系统还可以包括第一气缸50，第一气缸50的缸体与杆体21相对固定，例如，固定在杆体21的端部，第一气缸50的活塞杆与第二气缸41的活塞杆铰接，用于在工作时驱动杆体21旋转而选择毛刷22或刮板23与光伏组件1的表面接触。
这里，优选地，第一气缸50的缸体固定在杆体21的背向刮板23弯折方向(即背向折弯部232的延伸方向)的一侧，且相对于毛刷22更靠近刮板23，如图2和3所示，具体可以在杆体21的端面径向引出安装条211，安装条211与刮板23之间形成锐角，将第一气缸50的缸体固定在安装条211上。当第一气缸50的活塞杆伸长时，毛刷22位于竖直方向上的底部，可以与光伏组件1垂直接触，当第一气缸50的活塞杆缩短时，杆体21按图3的逆时针摆动，切换至刮板23的折弯部232接触光伏组件1。
又考虑到灰尘和积雪的清理可能具有一定难度，本实施例还可进一步将杆体21中空设置，杆体21的位于刮板23与毛刷22之间的周面开设有通孔210，杆体21的端部开设有连通通孔210的通道，可以根据需要，通过通道朝通孔210注入热空气或者清洗液、融雪剂等介质。例如，当清理除光伏组件1表面的积雪时，还可以自杆体21端部的通道通入热空气、热水或融雪剂至通孔210流出，从而加速积雪的融化，方便使用刮板23清理积雪；当清理光伏组件1表面的灰尘时，还可以以自杆体21端部的通道通入清洗液至通孔210流出，从而加速灰尘的清理。
如图4所示，与此同时，本发明还提供了一种光伏组件自动化清洁方法，包括：
S01、检测光伏组件1的透光率；
S02、判断光伏组件1的透光率是否低于预定值；
S03、在光伏组件1的透光率低于预定值时，驱动清洁模组20沿滑动轨道30移动而对光伏组件1的外表面进行清洁。
在有的实施方式中，光伏组件自动化清洁系统还可以包括设于光伏组件1外表面的温度传感器，当温度传感器检测到当前环境温度低于预设温度时，则判断光伏组件1的外表面有积雪。
因此，在步骤S03中确认光伏组件1需要清洁，驱动清洁模组20沿滑动轨道30移动前，光伏组件自动化清洁方法还包括：
S031：检测当前环境温度。
S032：判断当前环境温度是否低于预设温度。
S033：包括两种情形S0331和S0332：
S0331、若当前环境温度不低于预设温度时，则认为光伏组件1表面不会存在积雪，旋转杆体21，使毛刷22与光伏组件1的表面接触，以便清理光伏组件1表面的灰尘。
具体是，当需要转动杆体21使毛刷22与光伏组件1的表面接触时，如图3所示，需要使第一气缸50的活塞杆处于伸长状态。
S0332、若当前环境温度低于预设温度时，则认为光伏组件1表面存在积雪，旋转杆体21，使刮板23与光伏组件1的表面接触，以便清理除光伏组件1表面的积雪。
具体是，当需要转动杆体21使刮板23与光伏组件1的表面接触时，如图3所示，需要缩短第一气缸50的活塞杆，使杆体21逆时针转动。
S034：沿光伏组件1的长度方向移动杆体21，完成清洁过程。
另外，在有的实施方式中，杆体21中空设置，杆体21的位于刮板23与毛刷22之间的周面开设有通孔210，杆体21的端部开设有连通通孔210的通道。
那么，在步骤S034中清理光伏组件1表面的灰尘时，还包括：
S0341、以自杆体21端部的通道通入清洗液至通孔210流出，从而加速灰尘的清理。该动作可以在开始清理时进行，也可以在开始清理后在步骤S034中间歇性或持续地进行。
在步骤S034中清理除光伏组件1表面的积雪时，还包括：
S0342、自杆体21端部的通道通入热空气、热水或融雪剂至通孔210流出，从而加速积雪的融化，方便使用刮板23清理积雪。该动作可以在开始清理时进行，也可以在开始清理后在步骤S034中间歇性或持续地进行。
综上所述，本发明通过采用传感元件检测光伏组件的透光率，并在光伏组件的透光率低于预定值时，驱动所述清洁模组沿滑动轨道移动，即可实现对光伏组件的外表面的自动清洁，提高了光伏组件的清洁效率。另外，当需要清洁灰尘时，可以通过采用清洁模组的毛刷在光伏组件表面移动完成，当需要清洁积雪时，可以切换至采用清洁模组的刮板刮除积雪，功能齐全，且自动化程度高。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，包括传感元件(10)、清洁模组(20)、滑动轨道(30)以及驱动机构(40)，两条所述滑动轨道(30)分别设于光伏组件(1)的宽度方向的两侧并沿光伏组件(1)的长度方向延伸，所述清洁模组(20)可滑动地设于两条所述滑动轨道(30)上并接触光伏组件(1)的外表面；所述传感元件(10)固定在光伏组件(1)的一侧，用于检测光伏组件(1)的透光率；所述驱动机构(40)用于在光伏组件(1)的透光率低于预定值时，驱动所述清洁模组(20)沿所述滑动轨道(30)移动，以对光伏组件(1)的外表面进行清洁。
2.根据权利要求1所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，还包括监控中心(50)，所述监控中心(50)与所述传感元件(10)通信连接，用于实时接收所述传感元件(10)检测到的透光率，并在接收到的透光率低于预定值时，发出驱动信号以控制所述驱动机构(40)运行。
3.根据权利要求2所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，还包括警示模块，所述警示模块连接所述监控中心(50)和所述传感元件(10)，用于在所述传感元件(10)检测到透光率低于预定值时，向所述监控中心(50)发出警报信号。
4.根据权利要求1所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，所述传感元件(10)为光泽传感器。
5.根据权利要求1～4任一所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，所述清洁模组(20)包括杆体(21)和设于所述杆体(21)外周面的至少一排沿所述杆体(21)的轴向延伸的毛刷(22)，所述毛刷(22)用于接触光伏组件(1)的表面，以对光伏组件(1)的外表面进行清洁。
6.根据权利要求5所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，所述杆体(21)与所述驱动机构(40)可转动地连接；所述清洁模组(20)还包括设于所述杆体(21)外周面的长条形的刮板(23)，所述刮板(23)沿所述杆体(21)的轴向延伸，并与所述毛刷(22)在所述杆体(21)的周向上间隔设置，用于在所述杆体(21)相对于所述驱动机构(40)转动后接触光伏组件(1)的表面，以对光伏组件(1)的外表面进行清洁。
7.根据权利要求6所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，所述刮板(23)截面呈L形，包括连接所述杆体(21)外周面的连接板(231)和相对于所述连接板(231)弯折形成的折弯部(232)，所述折弯部(232)用于接触光伏组件(1)的表面。
8.根据权利要求6所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，所述杆体(21)中空设置，所述杆体(21)的位于所述刮板(23)与所述毛刷(22)之间的周面开设有通孔(210)，所述杆体(21)的端部开设有连通所述通孔(210)的通道。
9.根据权利要求6所述的光伏组件自动化清洁系统，其特征在于，还包括第一气缸(50)；所述驱动机构(40)包括第二气缸(41)，所述第二气缸(41)的活塞杆铰接所述杆体(21)，所述第一气缸(50)的缸体与所述杆体(21)相对固定，所述第一气缸(50)的活塞杆与所述第二气缸(41)的活塞杆铰接，用于在工作时驱动所述杆体(21)旋转而选择所述毛刷(22)或所述刮板(23)与光伏组件(1)的表面接触。
10.一种光伏组件自动化清洁方法，其特征在于，包括：
检测光伏组件(1)的透光率；
判断光伏组件(1)的透光率是否低于预定值；
在光伏组件(1)的透光率低于预定值时，驱动清洁模组(20)沿滑动轨道(30)移动而对光伏组件(1)的外表面进行清洁。
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