CN113458088B - 一种太阳能光伏板板面清洗方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种太阳能光伏板板面清洗方法及系统，该系统将整个清洗装置设置在无人机上，在无人机上设置了用于拍摄的红外相机和可见光相机，还设置有用于定位的污渍定位系统，同时设置有装载清洗液的装置和二氧化碳装载的装置，该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，同时配合二氧化碳雪清污技术，将残留污渍重扫干净且不留水渍，从而解决了在荒漠或戈壁等地区缺水的问题。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏板发电技术领域，涉及一种太阳能光伏板板面清洗方法及系统。
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、冰雪和鸟粪等污染，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201910126949.9的专利文献公开了一种用于光伏电站运维的光伏板污垢清除系统，该发明包括无人机、若干临时停机平台、干冰清洗模块等。该清除系统利用液态二氧化碳生成干冰，再与压缩空气混合后从喷嘴喷出，并将干冰喷射到积垢上，使得积垢分解破碎；该发明主要针对浮尘和灰尘等颗粒较小的污渍，对于虫胶和鸟粪等附着性极强的有机污垢，只采用干冰清洗，效果不理想，且清洗时间较长。采用液态二氧化碳讲过相变产生干冰颗粒，干冰生成率较低，使用成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种太阳能光伏板板面清洗方法及系统，以解决现有技术中人工清洁耗时耗力，人工成本高，且通过干冰清洗清洗效率低，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：
一种太阳能光伏板板面清洗系统，包括无人机本体，所述无人机本体的外部固定连接有6个折叠机臂；
所述无人机本体上设置有清洗污渍定位系统和清洗箱体，至少一个折叠机臂的下部设置有红外相机和可见光相机；
所述清洗箱体中设置有喷淋装置和二氧化碳雪清洗装置，所述喷淋装置包括清洗液储存箱，清洗液储存箱内储存有清洗液，清洗液储存箱内设置有隔膜泵，所述隔膜泵的输出端连接有清洗液连接管路，所述清洗液连接管路的输出端设置有喷头；
所述二氧化碳雪清洗装置包括碳纤维氮气瓶和碳纤维液态二氧化碳瓶，所述碳纤维氮气瓶的出口端连接有氮气管路，所述碳纤维液态二氧化碳瓶的出口端连接有二氧化碳管路；所述氮气管路上设置有减压阀和第一电磁阀，所述二氧化碳管路上设置有第二电磁阀；氮气管路和二氧化碳管路的出口端共同连接至喷嘴；
所述清洗污渍定位系统、红外相机、可见光相机、隔膜泵和二氧化碳雪清洗装置均连接至无人机控制手柄。
本发明的进一步改进在于：
优选的，红外相机和可见光相机各自通过一个影像传感器和无人机控制手柄连接。
优选的，所述清洗污渍定位系统为RTK。
优选的，沿氮气流动方向，减压阀在第一电磁阀前。
优选的，所述清洗液连接管路、氮气管路和二氧化碳管路共同设置在支撑管中，支撑管贯穿清洗箱体的前侧壁，支撑管固定设置在清洗箱体的前侧壁上。
优选的，所述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组成。
优选的，所述隔膜泵的工作流量为2～3L/min，隔膜泵一次工作时间为5～10s。
优选的，所述碳纤维液态二氧化碳瓶的工作压力为1.75～2.08bar；所述碳纤维氮气瓶的出口压力为0.3～0.4MPa。
优选的，所述二氧化碳管路的耐压指数大于80，二氧化碳管路的外部设置有聚氨酯保温层。
一种基于上述的太阳能光伏板板面清洗系统的清洗方法，包括以下步骤：
步骤1，无人机对光伏板进行巡检，红外相机和污渍定位系统确定光伏板上污渍的具体位置，无人机停在污渍的斜上方；
步骤2，启动隔膜泵，喷头喷出清洗液清洗污渍区域，关闭隔膜泵；
步骤3，启动二氧化碳雪清洗装置，先开启减压阀再开启第一电磁阀，氮气管路中喷出氮气清洗管路，2s后开启第二电磁阀，液态二氧化碳管路喷出液态二氧化碳，液态二氧化碳在喷嘴处形成二氧化碳雪，二氧化碳雪喷射在污渍上，污渍被清除。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出一种太阳能光伏板板面清洗系统，该系统将整个清洗装置设置在无人机上，在无人机上设置了用于拍摄的红外相机和可见光相机，还设置有用于定位的污渍定位系统，同时设置有装载清洗液的装置和二氧化碳装载的装置，该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，同时配合二氧化碳雪清污技术，将残留污渍重扫干净且不留水渍，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，且本发明采用新型3d打印技术制作清洗箱体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。
进一步的，红外相机和可见光相机均通过影像传感器和无人机控制手柄连接，使得操作人员能够实时观察清洗情况。
进一步的，氮气管路上减压阀在第一电磁阀前，使得氮气经过减压后输出，能够满足压力需求。
本发明还公开了一种太阳能光伏板板面清洗方法，该方法首先通过红外相机和污渍定位系统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，启动喷淋装置中隔膜泵进行清洗，关闭隔膜泵后静置5秒后，再开启二氧化碳雪清洗装置，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。该方法简单安全易操作，提高太阳能光伏板的光电转换率，降低清洁成本。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的清洗箱体内的结构图；
其中：1-无人机本体；2-喷淋装置；3-二氧化碳雪清洗装置；4-清洗箱体；5-支撑管；101-污渍定位系统；102-红外相机；103-可见光相机；105-折叠机臂；106-螺旋桨；107-支架；201-清洗液储存箱；202-清洗液连接管路；203-喷头；204-隔膜泵；301-碳纤维氮气瓶；302-碳纤维液态二氧化碳瓶；303-第一电磁阀；304-第二电磁阀；305-减压阀；306-氮气管路；307-二氧化碳管路；308-喷嘴。
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。
本发明公开了一种太阳能光伏板板面清洗系统，该系统包括无人机本体1、喷淋装置2和二氧化碳雪清洗装置3。
参见图1和图2，所述无人机本体1四周设置有六个折叠机臂105，六个折叠机臂105两两对称设置，其中有两个折叠机臂105设置在无人机本体1长度方向的中心线上，剩余四个折叠机臂105相对于长度方向的中心线两两对称；每一个折叠机臂105的外端部均安装有螺旋桨106，无人机本体1的下部设置有支撑用的支架107。
无人机本体1上设置有污渍定位系统101和清洗箱体4，所述的污渍定位系统101为RTK(Real Time Kinematic)厘米级定位模块，RTK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。
至少一个折叠机臂105的下部设置有红外相机102和可见光相机103，参见图2，一个折叠机臂105的内端部和外端部下部均可以设置红外相机102和可见光相机103，红外相机102和可见光相机103不是直接设置在折叠机臂105的下表面上，而是通过悬挂装置设置在折叠机臂105的下部。红外相机102和影像传感器连接，红外相机102均用于拍摄光伏板污渍红外影像，对光伏板污渍点进行测温，通过与其连接的影像传感器，传递至无人机控制手柄上，方便实时查看清洗情况。可见光相机103和影像传感器连接，可见光相机103用于记录光伏板污渍清洗过程，并实时传输至操作人员，通过与其连接的影像传感器，传递至无人机控制手柄上，方便实时查看清洗情况。
参见图3，所述清洗箱体4中设置有喷淋装置2和二氧化碳雪清洗装置3。
所述喷淋装置2包括清洗液储存箱201、隔膜泵204、清洗液连接管路202和喷头203，清洗液储存箱201内储存有清洗液，清洗液储存箱201内的底部设置有隔膜泵204，所述隔膜泵204的输出端连接有清洗液连接管路202，所述清洗液连接管路202的输出端设置有喷头203，喷头203能够调节喷洒流量和雾化颗粒，所述的隔膜泵204能够调节流量。隔膜泵204和喷头203均电连接至无人机控制手柄，使得无人机控制手柄能够实时监控隔膜泵204的工作状态和喷头203的输出流量。
所述二氧化碳雪清洗装置3包括碳纤维氮气瓶301和碳纤维液态二氧化碳瓶302，所述碳纤维氮气瓶301的出口端连接有氮气管路306，所述碳纤维液态二氧化碳瓶302的出口端连接有二氧化碳管路307；氮气连接管路306上设置有减压阀305和第一电磁阀303，二氧化碳管路307上设置有第二电磁阀304，氮气管路306和二氧化碳管路307的出口端共同连接至喷嘴308。
清洗液连接管路202、氮气管路306和二氧化碳管路307共同设置在支撑管5中，支撑管5固定设置在清洗箱体4的前侧壁上，支撑管5垂直于清洗箱体4的前侧壁，支撑管5穿过清洗箱体4的前侧壁，清洗液连接管路202、氮气管路306和二氧化碳管路307的前端均突出清洗箱体4的前端面，喷头203和喷嘴308均设置在支架107的前方。
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，所述有机胺类为三乙醇胺。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％。
优选的，隔膜泵204的工作流量为2～3L/min，隔膜泵204一次工作时间为5～10秒
优选的，喷头203采用点胶针头，针头长度为50cm，内径为4.5～5.5mm。优选的。
优选的，碳纤维液态二氧化碳瓶302的工作压力为1.75～2.08bar。
优选的，碳纤维氮气瓶301经减压阀305处理后的出口压力为0.3～0.4MPa。
优选的，喷嘴308的氮气进口处最高温度为40℃。
优选的，二氧化碳管路307中二氧化碳管路耐压指数在80以上，外层有聚氨酯保温层，管路直径最小为15mm。
优选的，启动二氧化碳清洗装置时，在无人机控制手柄上，先开启减压阀305，再开启第一电磁阀303，使得氮气从喷嘴308中喷出，清洗喷嘴308和管路中的杂质气体；2秒后，开启第二电磁阀304，使得液态二氧化碳输出；在喷嘴308处形成二氧化碳雪，并将二氧化碳雪喷射至已经化学分解的污渍上，直至污渍被彻底清除。
优选的，清洗结束后，先关闭第二电磁阀304，中断液态二氧化碳的输出，后关闭减压阀305，最后关闭第一电磁阀303，彻底中断二氧化碳雪清洗装置。
优选的，二氧化碳雪清洗装置工作时间为10秒～20秒。
一种太阳能光伏板板面清洗方法是：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，通过红外相机102和污渍定位系统101确定光伏板污渍的具体位置信息，然后控制无人机悬停在污渍位置附近，启动喷淋装置2中隔膜泵204进行清洗，关闭隔膜泵204后静置5秒后，再开启二氧化碳雪清洗装置3，对准污渍进行清洗，通过可见光相机103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，无人机根据污渍定位系统101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。
所述的二氧化碳雪清洗装置中，碳纤维液态二氧化碳气瓶302的出口连接第二电磁阀304、第二电磁阀304的出口连接二氧化碳管路307，氮气经过减压阀305后连接第一电磁阀303、第一电磁阀303出口连接氮气管路306，二氧化碳管路307的出口与氮气管路306的出口分别连接喷嘴308的入口一与喷嘴308的入口二，由于液态二氧化碳在喷射过程中发生相变，变成气体、气体和固体三相共存体系。液态二氧化碳是有机污渍的良好溶剂，当固态二氧化碳颗粒从物体表面剥离时，界面上的压力下降，液态二氧化碳重新固化，有机污渍被二氧化碳固体颗粒带离物体表面。
实施例一
无人机对光伏板进行巡检，通过红外相机102和污渍定位系统101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1米内，将喷头203对准光伏板上污渍，调整隔膜泵204流量为2L/min，工作时间为5秒，启动隔膜泵204，使得清洗液从喷头203喷出；隔膜泵204停止工作5秒后，先开启电磁阀303，调节碳纤维氮气瓶301的减压阀305出口压力为0.3MPa，使得氮气从喷嘴308中喷出，清洗管路中杂质气体；2秒后，开启第二电磁阀304，使得液态二氧化碳输出；在喷嘴308处形成二氧化碳雪，并将二氧化碳雪喷射至已经化学分解的污渍上，直至污渍被彻底清除。在两段清洗过程中，无人机红外相机102和可见光相机103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，先关闭叠电磁阀304，中断液态二氧化碳的输出，后关闭减压阀305，再关闭第一电磁阀303，彻底中断二氧化碳雪清洗装置。二氧化碳雪清洗装置工作时间为20秒。根据RTK模块，无人机自动飞行至下一光伏板污渍位置。
实施例2
无人机对光伏板进行巡检，通过红外相机102和污渍定位系统101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1米内，将喷头203对准光伏板上污渍，调整隔膜泵204流量为3L/min，工作时间为5秒，启动隔膜泵204，使得清洗液从喷头203喷出；隔膜泵204停止工作5秒后，先开启电磁阀303，调节碳纤维氮气瓶301的减压阀305出口压力为0.4MPa使得氮气从喷嘴308中喷出，清洗管路中杂质气体；2秒后，开启电磁阀304，使得液态二氧化碳输出；在喷嘴308处形成二氧化碳雪，并将二氧化碳雪喷射至已经化学分解的污渍上，直至污渍被彻底清除。在两段清洗过程中，无人机红外相机102和可见光相机103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，先关闭第二电磁阀304，中断液态二氧化碳的输出，后关闭减压阀305，再关闭第一电磁阀303，彻底中断二氧化碳雪清洗装置。二氧化碳雪清洗装置工作时间为12秒。根据RTK模块，无人机自动飞行至下一光伏板污渍位置。
本发明提出一种太阳能光伏板板面清洗方法及系统，该系统包括该系统包括无人机本体1、喷淋装置2和二氧化碳雪清洗装置3。其中，无人机本体包括污渍定位系统101、红外相机102和可见光相机103；喷淋装置包括清洗液储存箱201、清洗液连接管路202、喷头、隔膜泵204；二氧化碳雪清洗装置包括碳纤维氮气瓶301、碳纤维液态二氧化碳瓶、电磁阀、减压阀、氮气管路、二氧化碳管路、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，通过红外相机102和污渍定位系统101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，启动喷淋装置中隔膜泵204进行清洗，关闭隔膜泵204后静置5秒后，再开启二氧化碳雪清洗装置，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。本发明所述的太阳能光伏板板面清洗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 (7)
1.一种太阳能光伏板板面清洗系统，其特征在于，包括无人机本体（1），所述无人机本体（1）的外部固定连接有6个折叠机臂（105）；
所述无人机本体（1）上设置有清洗污渍定位系统（101）和清洗箱体（4），至少一个折叠机臂（105）的下部设置有红外相机（102）和可见光相机（103）；
所述清洗箱体（4）中设置有喷淋装置（2）和二氧化碳雪清洗装置（3），所述喷淋装置（2）包括清洗液储存箱（201），清洗液储存箱（201）内储存有清洗液，清洗液储存箱（201）内设置有隔膜泵（204），所述隔膜泵（204）的输出端连接有清洗液连接管路（202），所述清洗液连接管路（202）的输出端设置有喷头（203）；
所述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组成；
所述二氧化碳雪清洗装置（3）包括碳纤维氮气瓶（301）和碳纤维液态二氧化碳瓶（302），所述碳纤维氮气瓶（301）的出口端连接有氮气管路（306），所述碳纤维液态二氧化碳瓶（302）的出口端连接有二氧化碳管路（307）；所述氮气管路（306）上设置有减压阀（305）和第一电磁阀（303），所述二氧化碳管路（307）上设置有第二电磁阀（304）；氮气管路（306）和二氧化碳管路（307）的出口端共同连接至喷嘴（308）；
所述碳纤维液态二氧化碳瓶（302）的工作压力为1.75~2.08bar；所述碳纤维氮气瓶（301）的出口压力为0.3~0.4MPa；
所述清洗污渍定位系统（101）、红外相机（102）、可见光相机（103）、隔膜泵（204）和二氧化碳雪清洗装置（3）均连接至无人机控制手柄；
所述清洗系统的清理方法包括以下步骤：
包括以下步骤：
步骤1，无人机对光伏板进行巡检，红外相机（102）和清洗污渍定位系统（101）确定光伏板上污渍的具体位置，无人机停在污渍的斜上方；
步骤2，启动隔膜泵（204），喷头（203）喷出清洗液清洗污渍区域，关闭隔膜泵（204）；
步骤3，启动二氧化碳雪清洗装置（3），先开启减压阀（305），再开启第一电磁阀（303），氮气管路（306）中喷出氮气清洗管路，2s后开启第二电磁阀（304），二氧化碳管路（307）喷出液态二氧化碳，液态二氧化碳在喷嘴（308）处形成二氧化碳雪，二氧化碳雪喷射在污渍上，污渍被清除。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板板面清洗系统，其特征在于，红外相机（102）和可见光相机（103）各自通过一个影像传感器和无人机控制手柄连接。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板板面清洗系统，其特征在于，所述清洗污渍定位系统（101）为RTK厘米级定位模块。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板板面清洗系统，其特征在于，沿氮气流动方向，减压阀（305）在第一电磁阀（303）前。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能光伏板板面清洗系统，其特征在于，所述清洗液连接管路（202）、氮气管路（306）和二氧化碳管路（307）共同设置在支撑管（5）中，支撑管（5）贯穿清洗箱体（4）的前侧壁，支撑管（5）固定设置在清洗箱体（4）的前侧壁上。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板板面清洗系统，其特征在于，所述隔膜泵（204）的工作流量为2~3L/min，隔膜泵（204）一次工作时间为5~10s。
7.据权利要求1所述的一种太阳能光伏板板面清洗系统，其特征在于，所述二氧化碳管路（307）的耐压指数大于80，二氧化碳管路（307）的外部设置有聚氨酯保温层。
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