CN113560240A - 一种光伏组件自动清洗设备及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏组件自动清洗设备及清洗方法，水箱的上部设置有电池组件，水箱的内部设置有清洗装置，水箱的下部设置有万向滚轮，万向滚轮设置在光伏组件的导辊上，能够沿光伏组件移动，水箱的前侧设置有测距用激光传感器，万向滚轮、电池组件、激光传感器和清洗装置分别与电池组件和控制器连接。本发明采用三步清洁法，清洁效果显著提高；可实现自动作业，提高光伏电站清洗工作效率；采用自充电，工作过程中无需配备电源，使用场合广泛。

Description

一种光伏组件自动清洗设备及清洗方法

技术领域

本发明属于光伏组件清洗技术领域，具体涉及一种光伏组件自动清洗设备及清洗方法。

背景技术

影响光伏发电效率的因素，除了与电池本身的技术水平有关外，很大程度上还收到自然环境的影响。光伏组件大多安装于室外，大气中的灰尘杂志，地面产生的扬尘污染以及灰场矿区等复杂环境颗粒物，很容易附着在组件表面，导致产生热斑降低光伏电站发电效率影响发电收益。因此，光伏电站光伏组件的清洁工作至关重要。

目前光伏组件的清洗方法和清洗工具很多，但对于大面积光伏电站来说，传统的人工清洗采用水枪、清洗车等清洗方式清洗效率地下清洗成本较高并且对于高度较高的屋顶光伏及大棚式农光互补电站清洗难度过大，清洗效果也较差。因此需要提供一种智能化清洗设备及清洗方法来解决现有技术存在的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光伏组件自动清洗设备及清洗方法，采用三步清洁法，清洁效果显著提高；可实现自动作业，提高光伏电站清洗工作效率；采用自充电，工作过程中无需配备电源，使用场合广泛。

本发明采用以下技术方案：

一种光伏组件自动清洗设备，包括水箱，水箱的上部设置有电池组件，水箱的内部设置有清洗装置，水箱的下部设置有万向滚轮，万向滚轮设置在光伏组件的导辊上，能够沿光伏组件移动，水箱的前侧设置有测距用激光传感器，万向滚轮、电池组件、激光传感器和清洗装置分别与电池组件和控制器连接，清洗装置包括喷嘴，喷嘴设置在水箱内部的中心轴上，通过开关与控制器连接。

具体的，喷嘴的出口直径为1～2mm，喷雾角度为45～90°。

具体的，喷嘴包括多个，间隔设置在中心轴上，喷嘴上设置有喷头，每个喷头均与喷射装置连接。

进一步的，中心轴的一侧间隔设置有第一固定杆，第一固定杆与中心轴平行设置，第一固定杆上设置有刷毛。

更进一步的，刷毛包括多个，间隔设置在第一固定杆上。

更进一步的，第一固定杆远离中心轴的一侧设置有刮板，刮板与第一固定杆平行设置。

再进一步的，刮板包括第二固定杆，第二固定杆上设置有刮片。

进一步的，中心轴通过联轴器经驱动电机与控制器连接。

具体的，控制器通过驱动电机与万向滚轮连接。

一种光伏组件自动清洗方法，利用光伏组件自动清洗设备，包括以下步骤：

清洗设备在光伏组件的安装导辊上以0.05～2m/s的速度移动，对经过的光伏组件进行清洗判断，如果光伏组件需要清洗，控制器分别控制水箱内设置的清洗装置对光伏组件进行清洗，移动速度为0.05～1m/s时单个喷嘴的流量为0.1L/min，移动速度为1～2m/s时单个喷嘴的流量为0.05L/min，雾化直径为20～50μm，清洗完成后，控制器控制清洗设备继续移动；

如果光伏组件不需要清洗，控制器控制清洗设备继续移动，通过激光传感器实时定位，当检测到清洗设备移动到光伏组件的边缘位置时，即完成对本组光伏组件的清洗工作，控制器控制万向滚轮改变行进方向移动至另一组光伏组件，继续工作；如果清洗设备移动至另一组光伏组件后的运动方向发生改变时，控制器控制清洗装置内部的刷毛和刮板旋转180°，继续对光伏组件进行清洗。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种光伏组件自动清洗设备，采用智能化全自动清洗设备，配合高效的清洗方法可以有效提高工作效率，通过清洗装置实现一喷二刷三刮的作业流程，能够得到较好地清洁效果。整个清洗过程不需要人为干预，设备自动识别清洗路径并且自带水箱采用节水喷洗方式，可以满足供水困难的电站进行清洁工作，尤其适用于大面积光伏电站及高度较高清洗难度较大的场合。

进一步的，设置喷嘴可以采用喷洒清水或者清洁液来对脏污组件进行清洁，保证清洁效果。

进一步的，喷嘴间隔设置在中心轴上，结构为扇形，数量根据光伏组件的宽度来调整确定，可实现工作面全覆盖。通过喷嘴喷射清洗液，可形成较大的冲洗压力，冲刷难易清洗的污秽，完成第一步清洗工作，同时节省清洗液。

进一步的，中心轴一侧间隔设置第一固定杆和第二固定杆，固定杆与中心轴平行设置，通过连杆相连，可进行同轴旋转；第一固定杆上一圈设置有刷毛，工作时通过刷毛紧贴光伏组件，刷掉喷射液冲刷下来的污秽，完成第二步清洗工作。

进一步的，刷毛包括多个子簇，进行嵌入式设计，子簇之间紧密排列，排列时不留漏空的间隙，这样可以保证对光伏组件各个部位进行无死角清刷。

进一步的，第二固定杆上安装有刮板，工作时，刮板紧贴光伏组件，清洁刷毛清扫遗留下来的残渍，完成第三步清洁工作。

进一步的，第一固定杆和第二固定杆通过连杆固定在中心轴上，中心轴可通过驱动电机旋转，同步带动刷毛和刮板旋转，实现刷毛和刮板位置的调整。

进一步的，万向滚轮通过驱动电机来移动，当需要转向时，通过改变万向滚轮的方向来实现；当需要改变行进方向时，通过电机反转来实现；

进一步的，清洗装置上设置有光伏板和电池组，当清洗装置工作时，通过电池组提供电源；当清洗组件不工作时，通过光伏板给电池组充电。

一种光伏组件自动清洗方法，通过喷嘴喷射清洗液，先冲刷掉光伏组件上的污秽，再利用刮毛清扫，最后利用刮板清洁光伏组件上的残渍，完成光伏组件的清洗工作。

综上所述，采用三步清洁法，清洁效果显著提高；可实现自动作业，提高光伏电站清洗工作效率；采用自充电，工作过程中无需配备电源，使用场合广泛。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明系统组件图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为图1中B-B剖面图；

图4为水箱内部喷嘴连接图；

图5为清洗装置运行示意图。

其中：1.水箱；2.万向滚轮；3.电池组件；4.控制器；5.喷嘴；6.刷毛；7.刮板；8.激光传感器；9.连杆；10.进水口；11.喷嘴连接口；12.压力泵；13.安装导辊；14.光伏组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种光伏组件自动清洗设备，采用智能化全自动清洗设备，配合高效的清洗方法可以有效提高工作效率，采用独创的一喷二刷三刮的作业流程，能够得到较好地清洁效果。整个清洗过程不需要人为干预，设备自动识别清洗路径并且自带水箱采用节水喷洗方式，可以满足供水困难的电站进行清洁工作。

请参阅图1、图2和图3，本发明一种光伏组件自动清洗设备，包括水箱1，万向滚轮2，电池组件3，控制器4，节水式的喷嘴5，刷毛6，刮板7和激光传感器8。

电池组件3设置在水箱1的上部，并与水箱1内设置的控制器4连接；激光传感器8设置在水箱1上部的一侧，与控制器4连接，用于检测水箱1距离光伏组件14上光伏组串边缘的距离；喷嘴5包括多个，间隔设置在水箱1内部的中心轴上，并与控制器4连接，刮板7设置在中心轴的一侧，刮板7与中心轴之间设置有用于安装刷毛6的第一固定杆，刮板7、第一固定杆和中心轴平行设置，并通过连杆9连接，中心轴通过连轴器与控制器4连接；水箱1设置在光伏组件上，万向滚轮2设置在水箱1的底部；通过万向滚轮2带动水箱1沿着光伏组件移动。

移动过程中，喷嘴5喷射清洗液，通过刷毛6清扫污秽，通过刮板7清洁光伏组件，采用一喷二扫三刮，三步清洁法以保障达到清洁目的，整个系统动力由电池组件3提供。

自动清洗设备通过万向滚轮2固定在光伏组件14上移动，并通过激光传感器8检测到边框距离，当清洗至最后一块光伏组件14时，通过万向滚轮2向下或向上平移至另一组光伏组件上。

请参阅图4，水箱1用于盛放清洗液，包括水箱本体，水箱本体上设置有进水口10、喷嘴连接口11和压力泵12，喷嘴连接口11设置在管道上，连接对应的喷嘴5，管道的一端与压力泵12连接。

请参阅图5，万向滚轮2设置在光伏组件的安装导辊13上，能够带动水箱1在光伏组件 14的安装导辊13上滑行，并把清洗设备卡在安装导辊13上，防止滑落；当控制器4接到清扫开机指令时，控制器4控制驱动装置使万向滚轮2按预定速度行进，当到达光伏组件14的组串边缘时，万向滚轮2旋转90度，进行向上(或者向下)行进到达下一块光伏组件14，万向滚轮2方向再旋转90°，可以进行左右运行，此时控制联轴器对刷毛6及刮板7进行180°换向，联轴器动作完毕后开始对另一个光伏组件14的组串进行清扫。

电池组件3用于提供电源，包括蓄电池和光伏组件，光伏组件与蓄电池连接，能够给电池充电，光伏组件清洗一般选择早上6～8点或者傍晚17～19点光强较弱时进行；白天清洗设备上的电池组件可以向蓄电池，在清洗时，蓄电池向控制器及驱动装置供电，保证设备正常工作。。

控制器4为系统控制单元，用来实现逻辑控制、行进速度控制、清洗剂喷射量控制以及联轴器换向控制。

喷嘴5包括喷射装置和喷头，喷头采用标准的空气雾化喷嘴，控制清洗溶液用量，保证出液量均匀，喷雾覆盖面广，控制器接到开机指令，开始控制喷射装置按照预定移动速度控制喷嘴按照如下要求进行喷射清洗液；移动速度为0.05～1m/s时单个喷嘴的流量为0.1L/min，移动速度为1～2m/s时单个喷嘴的流量为0.05L/min，雾化直径为20～50μm，喷嘴5的出口直径为 1～2mm，喷雾角度为45～90°。

喷嘴5采用黄铜、304/316L不锈钢材料制成，内部设置有防滴漏装置，喷雾所需压力为 0.5～15公斤。

刷毛6包括第一固定杆和毛刷，毛刷间隔设置在第一固定杆上，在喷嘴喷洒清洗液后清扫光伏组件灰尘及其他污秽物，毛刷采用尼龙材质软毛刷。

刮板7包括第二固定杆和刮片，刮片设置在第二固定杆上，用于在刷毛清洁光伏组件后刮去组件清洗残液，刮片采用TPR软胶材质制成。

刷毛6和刮板7为一连轴器，连轴器轴装在喷嘴管线上，刷毛6安装在第一固定杆上，刮板7安装在第二固定杆，第一固定杆和第二固定杆通过连杆和中心轴连接，通过电机驱动中心轴转动，带动刷毛6和刮板7一起旋转；

当一组光伏组件清洗完毕平移至下一组开始清洗时，如果行进清洗方向改变，控制器4控制连轴器旋转带动刷毛6和刮板7旋转180°，保持清洁顺序不变。

激光传感器8用于检测设备本体距离光伏组串边缘的距离，并将数据反馈给控制器，起定位控制作用。

激光传感器是一种集成的测距设备，目前市面上很多，使用时把测量信号转换成数字信号或者模拟信号接到控制器，控制器通过计算换算出实际距离，包括激光二极管、激光发射器、激光接收器、计时器、数/模转换器、模/数转换器，适用于无人机、汽车防撞、清洁机器人及 AGV路径规划等领域；测距达到30m，完全满足组串测距使用。

自动清洗设备通过万向滚轮2固定在光伏组件上移动，并通过激光传感器8检测到边框距离，当清洗至最后一块光伏组件时，通过万向滚轮2向下或向上平移至另一组光伏组件上。

本发明一种光伏组件自动清洗设备的工作控制方法具体为：

S1、清洗设备通过万向滚轮2在光伏组件上移动，对经过的光伏组件进行清洗判断，如果不需要清洗，控制清洗设备继续移动，激光传感器8实时检测定位清洗设备位置，当检测到清洗设备工作到光伏组串边缘位置时，通过万向滚轮2改变行进方向，向上或向下移动至另一组光伏组件，继续工作；

改变方向：采用激光传感器测距定位，当运行到光伏组件边沿时，即认为清洗完成，需要转向，向上平移到上面的光伏组件，开始清洗，此时清洗行进方向反向，程序控制中心轴旋转，改变5刷毛和6刮板位置，开始清洗工作。

S2、如果光伏组件需要清洗，控制器控制移动速度和喷嘴5喷射速度，利用刷毛6和刮板 7达到清洁效果；

清洗装置移动速度可以通过控制器进行分档控制，速度分为7档(0.05m/s、0.3m/s、0.5m/s、 0.75m/s、1m/s、1.5m/s、2m/s)，根据组件脏污程度不同采用不同清洗速度，组件比较脏或者距离上一次清洗间隔时间较短可以采用较高速移动清洗，组件比较脏或者距离上次清洗时间比较长可以采用较低速移动清洗。清洗前可以设定好档位，机器根据设定速度行进。为了保证清洗效果移动速度不能过快，高速移动限速2m/s，最低清洗速度为0.05m/s。

喷嘴喷射速度及喷射量根据移动速度而不同，为了节水雾化喷洒效果，设计喷嘴出口直径为1～2mm，喷雾角度为45～90°，雾化直径为20～50μm，移动速度为0.05～1m/s时单个喷嘴的流量为0.1L/min，移动速度为1～2m/s时单个喷嘴的流量为0.05L/min。这样可以保证每块电池片都有清洗液附着，保证清扫效果的同时最大程度节约用水。

S3、清洗完成后，控制器控制万向滚轮继续移动，激光传感器检测到清洗到组串边缘后，首先控制器控制改变行进方向，向上行进一个组件高度的距离，然后控制器控制清洗装置内部的刷毛和刮板旋转180°后对光伏组件进行清洗，继续清洗下一排脏污组件，直到组件清洗完毕。

如果行进方向改变，控制器通过控制连轴器转动，改变刷毛6和刮板7位置，保证一喷二刷三刮作业流程不变。

综上所述，本发明一种光伏组件自动清洗设备，通过三步清洁方法，显著提高清洁效果，适用于大面积光伏组件清洗工作；光伏组件清洗工具可自充电，工作过程无需电线，适用场景广泛，适用于一般地面电站、屋顶光伏电站、高度较高的农光互补电站以及供水困难的干旱电站清洗使用，可实现自动清洗工作，方便高效。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏组件自动清洗设备，其特征在于，包括水箱(1)，水箱(1)的上部设置有电池组件(3)，水箱(1)的内部设置有清洗装置，水箱(1)的下部设置有万向滚轮(2)，万向滚轮(2)设置在光伏组件的导辊上，能够沿光伏组件移动，水箱(1)的前侧设置有测距用激光传感器(8)，万向滚轮(2)、电池组件(3)、激光传感器(8)和清洗装置分别与电池组件(3)和控制器(4)连接，清洗装置包括喷嘴(5)，喷嘴(5)设置在水箱(1)内部的中心轴上，通过开关与控制器(4)连接。

2.根据权利要求1所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，喷嘴(5)的出口直径为1～2mm，喷雾角度为45～90°。

3.根据权利要求1所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，喷嘴(5)包括多个，间隔设置在中心轴上，喷嘴(5)上设置有喷头，每个喷头均与喷射装置连接。

4.根据权利要求3所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，中心轴的一侧间隔设置有第一固定杆，第一固定杆与中心轴平行设置，第一固定杆上设置有刷毛(6)。

5.根据权利要求4所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，刷毛(6)包括多个，间隔设置在第一固定杆上。

6.根据权利要求4所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，第一固定杆远离中心轴的一侧设置有刮板(7)，刮板(7)与第一固定杆平行设置。

7.根据权利要求6所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，刮板(7)包括第二固定杆，第二固定杆上设置有刮片。

8.根据权利要求2所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，中心轴通过联轴器经驱动电机与控制器(4)连接。

9.根据权利要求1所述的光伏组件自动清洗设备，其特征在于，控制器(4)通过驱动电机与万向滚轮(2)连接。

10.一种光伏组件自动清洗方法，其特征在于，利用权利要求1所述的光伏组件自动清洗设备，包括以下步骤：

清洗设备在光伏组件的安装导辊上以0.05～2m/s的速度移动，对经过的光伏组件进行清洗判断，如果光伏组件需要清洗，控制器分别控制水箱内设置的清洗装置对光伏组件进行清洗，移动速度为0.05～1m/s时单个喷嘴的流量为0.1L/min，移动速度为1～2m/s时单个喷嘴的流量为0.05L/min，雾化直径为20～50μm，清洗完成后，控制器控制清洗设备继续移动；

如果光伏组件不需要清洗，控制器控制清洗设备继续移动，通过激光传感器实时定位，当检测到清洗设备移动到光伏组件的边缘位置时，即完成对本组光伏组件的清洗工作，控制器控制万向滚轮改变行进方向移动至另一组光伏组件，继续工作；如果清洗设备移动至另一组光伏组件后的运动方向发生改变时，控制器控制清洗装置内部的刷毛和刮板旋转180°，继续对光伏组件进行清洗。

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