CN113426765A - 一种干冰清洗太阳能光伏板板面的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种干冰清洗太阳能光伏板板面的方法及系统，与现有的光伏板清污技术相比，采用环保污渍清洗剂，向太阳能光伏板板面喷洒，同时配合干冰清洗技术，将残留污渍冲扫干净且不留水渍，从而解决了在荒漠或戈壁等地区缺水的问题。相比已有的光伏板清洁技术更节水，清洁效率更高效快速彻底，且本发明采用新型3d打印技术降低无人机负载重量，提高无人机飞行稳定，系统简单安全易操作，提高太阳能光伏板的光电转换率，降低清洁成本。
Description
技术领域
本发明属于太能光伏板发电领域，具体涉及一种干冰清洗太阳能光伏板板面的方法及系统。
背景技术
随着近几年技术的进步，光伏发电由于其环保可再生优势得到广泛应用并迅猛发展，且现有的太阳能发电单位能量的成本已经显著下降至火力发电的水平。由于大型太阳能光伏电站往往分布在空旷的荒漠和戈壁等人烟稀少地带，太阳能光伏板长期置于裸露的恶略环境中，其表面会被风沙、冰和鸟粪等污染，污染后不但使得光伏板的热转换率大大降低，而且由于被污染遮挡部分无法正常工作，致使温度过高出现烧坏的热斑，造成整个太阳能电池组件损坏。因此，如何快速方便清洗上述污渍，提高太阳能光伏板应用寿命显得非常重要。
目前太阳能光伏板的清污方式主要以人工清洁为主。人工清洁需要操作员爬上光伏板板面，向光伏板板面喷水，将光伏板板面污渍冲落。由于光伏板板面通常为倾斜设计，操作人员在光伏板面上行走存在一定危险性。对于附着力较强的污渍，该方式清洁效果不佳，且人工清洁耗时耗力，间隔时间较长，人工成本高。
专利号为CN201920940421.5的专利文献公开了一种太阳能光伏板板面清洁无人机，该发明包括无人机、太阳能光伏板、光伏板下方设置清洗存储罐、送水组件、冲刷组件等。该清洗设备将水喷洒在太阳能光伏板板面上，再利用冲刷组件清洗光伏板。该发明存在以下缺点：针对鸟粪等附着性极强的污渍，只用水作为清洗剂，清洗效果较差，时间较长；该系统较为复杂，需在光伏板下方设置相关清洗存储罐、送水组件和冲刷组件等，清洗过程水量消耗大，不适用于荒漠或戈壁等处的光伏发电站，不利于环境保护。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种干冰清洗太阳能光伏板板面的方法及系统，以解决现有技术中光伏板清洗效果差，成本高的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，包括无人机本体，无人机本体包括中间部分，中间部分的四周设置有折叠臂；中间部分的下部设置有支架；
所述中间部分上设置有清洗液储存箱和污渍定位装置，清洗液储存箱的底部设置有柱塞泵，柱塞泵的出口端通过清洗液连接管路连接至喷头；所述清洗液储存箱储存有清洗液；
所述支架中的上部分设置有干冰箱，干冰箱的下部连接至干冰漏斗，干冰漏斗的下部连接至可调节通槽，可调节通槽的出口连接至喷杆干冰入口，干冰漏斗的下部设置有气动阀门；
支架中的下部分设置有碳纤维压缩空气瓶，碳纤维压缩空气瓶的出口连接有喷杆气体管路入口，碳纤维压缩空气瓶的出口处设置有电磁阀，喷杆干冰入口和喷杆气体管路入口共同连接至喷杆混合气体管路，喷杆混合气体管路的出口端设置有喷嘴；
所述中间部分的下部设置有红外图像采集装置和可见光图像采集装置；
所述污渍定位装置、柱塞泵、可调节通槽、气动阀门、电磁阀、红外图像采集装置和可见光图像采集装置均连接至上位机。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述喷头为点胶针头，针头长度为50cm，针头内径为4.5～5.5mm。
优选的，所述柱塞泵的工作流量为2～3L/min.
优选的，所述清洗液为由表面活性剂、有机硅聚醚化合物、水溶性一元醇、水溶性多元醇醚、有机胺类和去离子水物质配置而成。
优选的，所述可调节通槽中干冰的流量为0.2～0.3kg/min，干冰的颗粒直径为3mm。
优选的，所述碳纤维压缩空气瓶的出口处设置有减压阀，顺着气流方向，减压阀在电磁阀的后方。
优选的，所述碳纤维压缩空气瓶中压缩空气的流量为0.3～0.5m3/min，减压阀的出口压力为0.4～0.6MPa。
优选的，所述喷嘴为扁口喷嘴。
优选的，所述污渍定位装置为RTK；所述红外图像采集装置包括连接的影像传感器或红外摄像机；所述可见光图像采集装置包括连接的影像传感器和可见光相机；两个影像传感器均和上位机连接
一种基于上述的干冰清洗太阳能光伏板板面的系统的清洗方法，包括以下步骤：
步骤1，无人机本体巡检，通过红外图像采集装置和污渍定位装置确定污渍的位置信息；
步骤2，启动柱塞泵通过清洗液对污渍进行清洗，关闭柱塞泵后静置5秒；
步骤3，开启电磁阀和气动阀门，干冰从干冰箱中喷出，空气从碳纤维压缩空气瓶中喷出，干冰和空气在喷杆混合气体管路混合后通过喷嘴喷向污渍进行清洗；
步骤4，清洗结束后，关闭电磁阀，1秒后气动阀门关闭；结束清洗；
整个清洗过程中，通过可见光图像采集装置观察污渍的清洗情况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，与现有的光伏板清污技术相比，该系统在无人机上设置有清洗液储存箱、干冰箱和碳纤维压缩空气瓶，该系统采用环保污渍清洗剂，向太阳能光伏板板面喷洒，同时配合干冰清洗技术，将残留污渍冲扫干净且不留水渍，从而解决了在荒漠或戈壁等地区缺水的问题。相比已有的光伏板清洁技术更节水，清洁效率更高效快速彻底，且本发明采用新型3d打印技术降低无人机负载重量，提高无人机飞行稳定，系统简单安全易操作，提高太阳能光伏板的光电转换率，降低清洁成本。
本发明还公开了一种干冰清洗太阳能光伏板板面的方法，该方法在无人机巡检发现污渍后，首先通过污渍清洗剂清洗板面，然后通过干冰清洗污渍，该方法采用环保污渍清洗剂，向太阳能光伏板板面喷洒，同时配合干冰清洗技术，将残留污渍冲扫干净且不留水渍，从而解决了在荒漠或戈壁等地区缺水的问题。
附图说明
图1为本发明的无人机结构的俯视图；
图2为本发明的无人机结构的指示图；
图3为设置在支架上的喷淋装置和干冰清洗装置
其中：1-无人机本体；2-喷淋装置；3-干冰清洗装置；4-检测系统；101-中间部分；102-折叠臂；103-螺旋桨；104-支架；201-清洗液储存箱；202-清洗液连接管路；203-喷头；204-柱塞泵；301-碳纤维压缩空气瓶；302-电磁阀；303-减压阀；304-干冰箱；305-干冰漏斗；306-气动阀门；307-可调节通槽；308-喷杆气体管路入口；309-喷杆干冰入口；310-喷杆混合气体管路；311-喷嘴；401-污渍定位装置；402-红外图像采集装置；403-可见光图像采集装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，该系统包括无人机本体1、喷淋装置2和干冰清洗装置3。一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统包括无人机本体1、喷淋装置2、干冰清洗装置3和检测系统4。
参见图1和图2，无人机本体1包括设置在整个无人机本体1中心位置的中间部分101，中间部分101的四周设置六个折叠臂102，六个折叠臂102中有两个设置在无人机长度方向的中心线上，另外四个相对于无人机长度方向的中心线两两对称，每一个无人机臂105的端部装有螺旋桨103。中间部分101的下部设置有3D打印成的支架104。喷淋装置2安装在中间部分101中，干冰清洗装置3和中间部分101的下部固定连接，喷淋装置2的主体结构在干冰清洗装置3的上方。
参见图3，喷淋装置2包括清洗液储存箱201、清洗液连接管路202、喷头203、柱塞泵204。清洗液储存箱201安装在中间部分101的卡槽内，清洗液储存箱201的内部底侧设置有柱塞泵204，所述柱塞泵204内部的管道通过清洗液连接管路202连接至喷头203；所述的喷头203可调节喷洒流量和雾化颗粒，优选的，清洗液喷头采用点胶针头，针头长度为50cm，内径为4.5～5.5mm。所述的柱塞泵204可调节流量。其中，柱塞泵204的工作流量为2～3L/min，柱塞泵204一次工作时间为5～10秒。
所述的清洗液由表面活性剂、有机硅聚醚化合物、水溶性一元醇、水溶性多元醇醚、有机胺类和去离子水物质组合制成。
优选的，所述表面活性剂由50％二羟基乙基异癸氧基丙基氧化胺与75％异癸氧基丙基二羟基乙基甲基氯化铵的混合物按照质量比4:1混合，所述有机硅聚醚化合物为聚醚接枝聚二甲基硅氧烷，所述水溶性一元醇为乙醇，所述水溶性多元醇醚为二丙二醇单甲醚，所述有机胺雷为三乙醇胺。优选的，表面活性剂、有机硅聚醚化合物、水溶性一元醇、水溶性多元醇醚和有机胺类在去离子水中的质量分数分别为：0.1％、0.1％、0.3％、0.25％和0.05％。
所述的柱塞泵204等控制装置、电磁阀302、喷头203等控制装置与所述无人机机身内部控制系统集成于无人机上位机上。
所述的干冰清洗装置3包括碳纤维压缩空气瓶301、电磁阀302、减压阀303、干冰箱304、干冰漏斗305、气动阀门306、可调节通槽307、喷杆308和喷嘴311等控制装置；
所述的干冰清洗装置3为一个箱体，干冰箱304和碳纤维压缩空气瓶301均位于干冰清洗装置3的内部，干冰箱304在碳纤维压缩空气瓶301的斜上方。
干冰箱304下端连接和干冰漏斗305的进口连接，干冰漏斗305的出口和气动阀门306的入口连接，气动阀门306的出口和可调节通槽307连接。可调节通槽307的出口和喷杆干冰入口309连接。干冰箱304、干冰漏斗305、气动阀门306和可调节通槽307从上到下依次设置。优选的，干冰箱304内可储存3kg干冰颗粒，携带的干冰颗粒直径为3mm；可调节通槽303中干冰流量为0.2～0.3kg/min。
碳纤维压缩空气瓶301设置在干冰箱304的斜下方，碳纤维压缩空瓶301的出口和电磁阀302的入口连接，电磁阀302的出口和减压阀303的入口连接，减压阀303的出口和连接喷杆气体管路入口308连接。优选的碳纤维压缩空瓶301输出的压缩空气流量为0.3～0.5m3/min，减压阀303的出口压力为0.4～0.6MPa。
喷杆气体管路入口308和喷杆干冰入口309在喷杆混合气体管路310的前端汇合，喷杆混合气体管路310的出口连接有扁口喷嘴11。喷杆混合气体管路310采用低温弹性专用软管，外层有透气保护套，管路直径为13mm。
启动干冰清洗装置3时，在无人机上位机上，先开启电磁阀302使得压缩空气经喷杆入口1从喷嘴中喷出，清洗管路中杂质气体；2秒后，触动气动阀门306开启，干冰颗粒经可调节通槽进入喷杆入口2；干冰颗粒由压缩空气喷射到光伏板污渍上，直至污渍被彻底清除。
优选的，清洗结束后，先关闭电磁阀302，中断液态压缩空气的输出，1秒后触动气动阀门306关闭，彻底中断干冰清洗装置。
优选的，干冰清洗装置工作时间为5秒～10秒。
检测系统4包括污渍定位装置401、红外图像采集装置402和可见光图像采集装置403。污渍定位装置401设置在中间部分101上，红外图像采集装置402和可见光图像采集装置403均设置在中间部分101的下部，红外图像采集装置402和可见光图像采集装置403均对称的设置在支架104的两侧。
污渍定位装置401为RTK(Real Time Kinematic)厘米级定位装置，是基于载波相位观测的实时动态定位技术，可以实时提供太阳能光伏板污渍在制定坐标系中三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK能够选用大疆公司的M2EARM。
所述的红外图像采集装置402包括影像传感器和红外摄像机，红外摄像机用于拍摄光伏板污渍红外影像，对光伏板污渍点进行测温，红外摄像机通过影像传感器将拍摄的图像传递至上位机。
所述的可见光图像采集装置403包括影像传感器和可见光相机，可见光相机用于记录光伏板污渍清洗过程，通过影像传感器实时传输至上位机至上操作人员。
上位机为电脑或者是控制手柄，由工作人员控制监测。
上述的无人机本体1、喷淋装置2、干冰清洗装置3和检测系统4均连接至无人机的上位机中，上位机能够是便携的电脑或控制手柄，上位机中设置有屏幕能够实时显示红外图像采集装置402和可见光图像采集装置403采集的图像。
一种干冰清洗太阳能光伏板板面的方法是：当有鸟粪、虫胶等污渍覆盖在光伏板上方玻璃层时，会造成光伏板局部过热形成热斑，此时无人机对光伏板进行巡检，通过红外图像采集装置402和污渍定位装置403确定光伏板污渍具体位置信息，启动喷淋装置中柱塞泵进行清洗，关闭柱塞泵后静置5秒后，再开启干冰清洗装置，对准污渍进行清洗，拍摄记录清洗过程、并及时查看清洗效果；当前位置污渍清洗完成后，无人机根据RTK模块记录的污渍坐标，自动飞行至下一个污渍位置附近，继续进行两段清洗。
实施例1
无人机对光伏板进行巡检，通过红外相机402和污渍定位装置401确定光伏板污渍具体位置信息，操作人员控制无人机悬停在污渍位置附近1米内，将喷头203对准光伏板上污渍，调整柱塞泵204流量为2L/min，工作时间为5秒，启动柱塞泵204，使得清洗液从喷头203喷出；柱塞泵停止工作5秒后，先开启电磁阀302，调节碳纤维压缩空气瓶减压阀303出口压力为0.4MPa使得压缩空气经过喷杆气体管路309入口，从喷嘴312中喷出，清洗管路中杂质气体；调节可调节通槽，使干冰流量为0.2kg/min；2秒后，触动气动阀门306开启，干冰颗粒经可调节通槽307进入喷杆干冰入口309；干冰颗粒由压缩空气喷射到光伏板污渍上，直至污渍被彻底清除。在两段清洗过程中，无人机红外图像采集装置402和可见光图像采集装置403对准污渍区域，拍摄记录整个两段清洗过程，并及时查看清洗效果。清洗结束后，先关闭电磁阀302，中断液态压缩空气的输出，1秒后触动气动阀门306关闭，彻底中断干冰清洗装置。干冰清洗装置工作时间为10秒。根据RTK模块，无人机自动飞行至下一光伏板污渍位置，重复上述操作开始清洗。
实施例2
无人机对光伏板进行巡检，通过红外图像采集装置402和污渍定位装置401确定光伏板污渍具体位置信息，操作人员控制无人机悬停在污渍位置附近1米内，将喷头203对准光伏板上污渍，调整柱塞泵204流量为3L/min，工作时间为5秒，启动柱塞泵204，使得清洗液从喷头203喷出；柱塞泵停止工作5秒后，先开启电磁阀302，调节碳纤维压缩空气瓶减压阀303出口压力为0.5MPa使得压缩空气经过喷杆气体管路309入口，从喷嘴312中喷出，清洗管路中杂质气体；调节可调节通槽，使干冰流量为0.3kg/min；2秒后，触动气动阀门306开启，干冰颗粒经可调节通槽307进入喷杆干冰入口309；干冰颗粒由压缩空气喷射到光伏板污渍上，直至污渍被彻底清除。在两段清洗过程中，无人机红外图像采集装置402和可见光图像采集装置403对准污渍区域，拍摄记录整个两段清洗过程，并及时查看清洗效果。清洗结束后，先关闭电磁阀302，中断液态压缩空气的输出，1秒后触动气动阀门306关闭，彻底中断干冰清洗装置。干冰清洗装置工作时间为5秒。根据RTK模块，无人机自动飞行至下一光伏板污渍位置，重复上述操作开始清洗。
本发明提出一种干冰清洗太阳能光伏板板面的方法及系统，该系统包括该系统包括无人机本体、喷淋装置和干冰清洗装置。其中，无人机本体包括污渍定位装置、红外相机和可见光相机；喷淋装置包括清洗液储存箱、清洗液连接管路、喷头、柱塞泵；干冰清洗装置包括碳纤维压缩空气瓶、电磁阀、减压阀、干冰箱、干冰漏斗、气动阀门、可调节通槽、喷杆气体管路入口、喷杆干冰管路入口、喷杆混合气体管路、扁口喷嘴。该方法主要步骤包括：当有鸟粪、虫胶等污渍覆盖在光伏板上方玻璃层时，会造成光伏板局部过热形成热斑，此时无人机对光伏板进行巡检，通过红外图像采集装置和污渍定位装置确定光伏板污渍具体位置信息，然后控制无人机悬停在污渍位置附近，启动喷淋装置中柱塞泵进行清洗，关闭柱塞泵后静置5秒后，再开启干冰清洗装置，对准污渍进行清洗，拍摄记录清洗过程、并及时查看清洗效果；当前位置污渍清洗完成后，无人机根据RTK模块记录的污渍坐标，自动飞行至下一个污渍位置附近，继续进行两段清洗。本发明所述的干冰清洗太阳能光伏板的方法及系统可提高太阳能光伏板清洁效率，减小耗水量，简化清洁设备，降低综合成本，便于后期维护。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，包括无人机本体(1)，无人机本体(1)包括中间部分(101)，中间部分(101)的四周设置有折叠臂(102)；中间部分(101)的下部设置有支架(104)；
所述中间部分(101)上设置有清洗液储存箱(201)和污渍定位装置(401)，清洗液储存箱(201)的底部设置有柱塞泵(204)，柱塞泵(204)的出口端通过清洗液连接管路(202)连接至喷头(203)；所述清洗液储存箱(201)储存有清洗液；
所述支架(104)中的上部分设置有干冰箱(304)，干冰箱(304)的下部连接至干冰漏斗(305)，干冰漏斗(305)的下部连接至可调节通槽(307)，可调节通槽(307)的出口连接至喷杆干冰入口(309)，干冰漏斗(305)的下部设置有气动阀门(306)；
支架(104)中的下部分设置有碳纤维压缩空气瓶(301)，碳纤维压缩空气瓶(301)的出口连接有喷杆气体管路入口(308)，碳纤维压缩空气瓶(301)的出口处设置有电磁阀(302)，喷杆干冰入口(309)和喷杆气体管路入口(308)共同连接至喷杆混合气体管路(310)，喷杆混合气体管路(310)的出口端设置有喷嘴(311)；
所述中间部分(101)的下部设置有红外图像采集装置(402)和可见光图像采集装置(403)；
所述污渍定位装置(401)、柱塞泵(204)、可调节通槽(307)、气动阀门(306)、电磁阀(302)、红外图像采集装置(307)和可见光图像采集装置(403)均连接至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述喷头(203)为点胶针头，针头长度为50cm，针头内径为4.5～5.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述柱塞泵(204)的工作流量为2～3L/min。
4.根据权利要求1所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述清洗液为由表面活性剂、有机硅聚醚化合物、水溶性一元醇、水溶性多元醇醚、有机胺类和去离子水物质配置而成。
5.根据权利要求1所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述可调节通槽(303)中干冰的流量为0.2～0.3kg/min，干冰的颗粒直径为3mm。
6.根据权利要求1所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述碳纤维压缩空气瓶(301)的出口处设置有减压阀(303)，顺着气流方向，减压阀(303)在电磁阀(302)的后方。
7.根据权利要求6所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述碳纤维压缩空气瓶(301)中压缩空气的流量为0.3～0.5m3/min，减压阀(303)的出口压力为0.4～0.6MPa。
8.根据权利要求1所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述喷嘴(311)为扁口喷嘴。
9.根据权利要求1所述的一种干冰清洗太阳能光伏板板面的系统，其特征在于，所述污渍定位装置(401)为RTK；所述红外图像采集装置(402)包括连接的影像传感器或红外摄像机；所述可见光图像采集装置(403)包括连接的影像传感器和可见光相机；两个影像传感器均和上位机连接。
10.一种基于权利要求1所述的干冰清洗太阳能光伏板板面的系统的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，无人机本体(1)巡检，通过红外图像采集装置(402)和污渍定位装置(403)确定污渍的位置信息；
步骤2，启动柱塞泵(204)通过清洗液对污渍进行清洗，关闭柱塞泵(204)后静置5秒；
步骤3，开启电磁阀(302)和气动阀门(306)，干冰从干冰箱(304)中喷出，空气从碳纤维压缩空气瓶(301)中喷出，干冰和空气在喷杆混合气体管路(310)混合后通过喷嘴(311)喷向污渍进行清洗；
步骤4，清洗结束后，关闭电磁阀(302)，1秒后气动阀门(306)关闭；结束清洗；
整个清洗过程中，通过可见光图像采集装置(403)观察污渍的清洗情况。
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