CN114247667A - 一种全自动光伏板除尘小车及其运动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全自动光伏板除尘小车及其运动控制方法，包括：光伏板，所述光伏板上次设有毛刷本体，所述毛刷本体两端设有金属导轨，金属导轨安装在光伏板外侧的设备支架上，所述毛刷本体两端通过固定螺栓安装在法兰滑块上，法兰滑块滑动安装在金属导轨上，法兰滑块与金属导轨之间设有除尘驱动装置，除尘驱动装置固定安装在法兰滑块上，除尘驱动装置包括超声电机定子本体，本发明采用直线超声电机作为清洁装置驱动核心，无需额外的辅助变速机构及运动转换装置，可直接实现直线运动。体积轻便，结构紧凑，便于与光伏板集成一体。利用采样电阻的电压量与光照强度的关系判定积灰量的大小，无需复杂的灰尘传感器，控制电路简单，易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体为一种全自动光伏板除尘小车及其运动控制方法。
背景技术
随着国家“碳达峰”、“碳中和”目标的推进，光伏发电作为一种清洁能源发电的模式，具有无需化石燃料、零碳排放等优点，在未来数十年内将会持续得到蓬勃的发展。
由于我国西部地区拥有丰富的光照资源，因此许多大型光伏发电站都建在西部地区。但是由于西部地区深居内陆，普遍降水量稀少，环境中尘土较多。使得光伏板使用一段时间后表面就会积累一定的尘土，影响光伏系统整体的发电效率，因此清除光伏板表面积尘是光伏系统正常工作的重要保障措施。
目前光伏板表面积尘清除方法主要用人工和自动清洁两种方式，其中：人工清理需要大量的人力成本，清洁效率较低，劳动强度较大；而现有的自动清洁装置普遍是与光伏板分立的独立装置，体积较大，没有实现与光伏阵列一体化集成，在实际应用中存在行走路径复杂、需要人工辅助操作等问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种全自动光伏板除尘小车及其运动控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种全自动光伏板除尘小车，包括：光伏板，所述光伏板上次设有毛刷本体，所述毛刷本体两端设有金属导轨，金属导轨安装在光伏板外侧的设备支架上，所述毛刷本体两端通过固定螺栓安装在法兰滑块上，所述法兰滑块滑动安装在金属导轨上，所述法兰滑块与金属导轨之间设有除尘驱动装置，除尘驱动装置固定安装在法兰滑块上，所述除尘驱动装置包括超声电机定子本体，所述超声电机定子本体包括矩形板定子，在矩形板定子上端面打个孔与法兰滑块的外侧通孔同轴对齐，用螺栓将矩形板定子固定在法兰滑块上，所述矩形板定子外侧分别放置四块压电陶瓷片，设备支架下侧上端面铺设氮化硅摩擦条，矩形板定子下侧各配置两个驱动足，当四片压电陶瓷片通入合适的激励信号时，即可同时触发矩形板定子的二阶弯振与一阶纵振模态，使驱动足产生椭圆运动，通过与氮化硅摩擦条之间的摩擦力作用推动毛刷前进。
所述形板定子外侧设有夹持元件，夹持元件左右两侧面分别对称打两个通孔，通过螺钉紧固矩形板定子，给矩形板定子提供一个预压力。
所述光伏板两侧铺设两个L型基座，在两个基座的一端上端面分别铺设金属导轨。
所述光伏板上下两端设有若干霍尔式限位开关，霍尔式限位开关固定安装在光伏板上的传感器安装槽内，光伏板上设有微控制器，微控制器连接控制除尘驱动装置。
所述光伏板上设有采样电阻器、光照传感器，所述采样电阻器、光照传感器固定安装在光伏板上的传感器安装槽内。
一种全自动光伏板除尘小车的运动控制方法，包括以下步骤：
步骤(1).检测取样电阻的电压与此时的光照量；检测光强的传感器直接与微控制器相连接，实时检测光照强度；
步骤(2).通过检测发电量，当光伏发电量小于额定值时，通过微控制器控制除尘驱动装置工作使清洁小车工作；
步骤(3).控制小车正反相运行，当小车往返达到指定次数时，驱动电路关闭，小车回到初始位置，清洁小车完成了一次清洁周程。
所述步骤(2)中通过实验确定干净光伏板的发电量与光照强度的关系，根据这个关系写入不同光照强度下的电压阈值；同时利用电压检测电路检测在此光照强度下光伏板负载电阻上的电压值；将检测到的电压值与阈值相对比，如果检测到的电压低于阈值电压，通过微控制器控制除尘驱动装置工作。
所述步骤(3)中当直线超声电机运动靠近限位开关时，通过磁学信号反馈量改变四片压电陶瓷通入电压的相序使电机反向运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用直线超声电机作为清洁装置驱动核心，无需额外的辅助变速机构及运动转换装置，可直接实现直线运动。体积轻便，结构紧凑，便于与光伏板集成一体。利用采样电阻的电压量与光照强度的关系判定积灰量的大小，无需复杂的灰尘传感器，控制电路简单，易于实施。
附图说明
图1为本发明的小车结构示意图。
图2为本发明的除尘驱动装置结构示意图。
图3为本发明的控制方法流程图。
图4为本发明的典型光伏板的发电特性曲线示意图。
图5为本发明的驱动部分的运动机理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，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”、“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，可以两个元件内部的连通。
实施例1
如图1、图2所示，一种全自动光伏板除尘小车，包括：光伏板4，所述光伏板4上次设有毛刷本体2，所述毛刷本体2两端设有金属导轨3，金属导轨3安装在光伏板4外侧的设备支架上，所述毛刷本体2两端通过固定螺栓安装在法兰滑块1上，所述法兰滑块1滑动安装在金属导轨3上，所述法兰滑块1与金属导轨3之间设有除尘驱动装置，除尘驱动装置固定安装在法兰滑块1上，所述除尘驱动装置包括超声电机定子本体，所述超声电机定子本体包括矩形板定子51，在矩形板定子51上端面打2个孔与法兰滑块1的外侧通孔同轴对齐，用螺钉将矩形板定子51固定在法兰滑块1上，所述矩形板定子51外侧分别放置四块压电陶瓷片52，设备支架下侧上端面铺设氮化硅摩擦条50，矩形板定子51下侧各配置两个驱动足54，当四片压电陶瓷片52通入合适的激励信号时，即可同时触发矩形板定子51的二阶弯振与一阶纵振模态，使驱动足54产生椭圆运动，通过与氮化硅摩擦条50之间的摩擦力作用推动毛刷前进。所述形板定子51外侧设有夹持元件53夹持元件53左右两侧面分别对称打两个通孔55，通过螺栓紧固矩形板定子51，给矩形板定子51提供一个预压力。所述光伏板4两侧铺设两个L型基座，在两个基座的一端上端面分别铺设金属导轨3。
实施例2
如图1、图2所示，一种全自动光伏板除尘小车，包括：光伏板4，所述光伏板4上端设有毛刷本体2，所述毛刷本体2两端设有金属导轨3，金属导轨3安装在光伏板4外侧的设备支架上，所述毛刷本体2两端通过固定螺栓安装在法兰滑块1上，所述法兰滑块1滑动安装在金属导轨3上，所述法兰滑块1与金属导轨3之间设有除尘驱动装置，除尘驱动装置固定安装在法兰滑块1上，所述除尘驱动装置包括超声电机定子本体，所述超声电机定子本体包括矩形板定子51，在矩形板定子51上端面打2个孔与法兰滑块1的外侧通孔同轴对齐，用螺钉将矩形板定子51固定在法兰滑块1上，所述矩形板定子51外侧分别放置四块压电陶瓷片52，设备支架下侧上端面铺设氮化硅摩擦条50，矩形板定子51下侧各配置两个驱动足54，当四片压电陶瓷片52通入合适的激励信号时，即可触发矩形板定子51的弯振与纵振模态，使驱动足54产生椭圆运动，通过与氮化硅摩擦条50之间的摩擦力作用推动毛刷前进。所述光伏板4上下两端设有若干霍尔式限位开关，霍尔式限位开关固定安装在光伏板4上的传感器安装槽内，光伏板4上设有微控制器，微控制器连接控制除尘驱动装置。所述光伏板4上设有采样电阻器、光照传感器，所述采样电阻器、光照传感器固定安装在光伏板4上的传感器安装槽内。
将四块压电陶瓷片52分成两组，对角两块为同一组，分别往两组压电陶瓷片52上通入适当的频率，且相位差180°的正弦激励信号，即可同时激发矩形板定子51的二阶弯振与一阶纵振两种模态，两种模态叠加使驱动足54实现椭圆运动。进而推动整个清洁小车运动。
如图3～5所示，一种全自动光伏板除尘小车的运动控制方法，包括以下步骤：
步骤(1).检测取样电阻的电压与此时的光照量；检测光强的传感器直接与微控制器相连接，实时检测光照强度；
步骤(2).通过检测发电量，当光伏发电量小于额定值时，通过微控制器控制除尘驱动装置工作使清洁小车工作；
步骤(3).控制小车正反相运行，当小车往返达到指定次数时，驱动电路关闭，小车回到初始位置，清洁小车完成了一次清洁周程。
所述步骤(1)中取样电阻设置在光伏阵列的第一块光伏板的出端。虽然单块光伏板的发电功率与负载电压呈现非线性的关系。但其主要取决于光照强度与温度。且在其中温度的影响较小。如图3所示，针对单块光伏板，在1000W/m2的光照强度下，从0℃到35℃的温度范围内最高发电量差异仅为约10％。由于本发明的目的主要是通过自动除尘而提高光伏阵列的发电量，故前述检测到的发电量的阈值允许在一个范围内设定。因此忽略温度的影响，只考虑光照强度对系统发电量的影响。如需精确考虑温度影响，发电量即为温度和光照强度的二元函数，只需额外布置单总线数字温度传感器，再将发电量与温度，光照强度的关系事先写入微控制器中即可。
所述步骤(2)中通过实验确定干净光伏板的发电量(电压值)与光照强度的关系，根据这个关系写入不同光照强度下的电压阈值。同时利用电压检测电路检测在此光照强度下光伏板负载电阻上的电压值。将检测到的电压值与阈值相对比，如果检测到的电压低于阈值电压，通过微控制器控制除尘驱动装置工作。
所述步骤(3)中当直线超声电机运动靠近限位开关时，通过磁学信号反馈量改变四片压电陶瓷通入电压的相序使电机反向运动。
本发明的工作原理为：沿光伏阵列两侧边外侧分别设置对称的L型固定基座，固定基座有两个端面，其中一端面上设置导轨，另一端面铺设直线超声电机定子的氮化硅摩擦材料。在导轨上放置法兰滑块，电机的定子采用矩形板形状，矩形板上端面开设两个通孔便于与法兰滑块紧固连接，驱动足设于矩形板侧面中部，驱动足设为横梁形状。施加预压力与摩擦材料接触；在矩形板的外侧端面上，对称设置四片压电陶瓷片以通入激励信号。在直线超声电机的外部设置塑料的夹持元件，通过尼龙螺栓对定子部分施加一个压紧力，便于直线超声电机的运动。整个清洁小车在分别在光伏板两侧设置两套对称电机，采用双电机驱动，在提供大的推力的同时也可以避免因毛刷受力不均而产生扭矩卡死，便于清洁过程的实施。
本发明通过检测环境光强与实时发电量判定积尘量，控制直线超声电机驱动清洁装置进行固定行程的往复运动，由于直线超声电机属于微电机，结构简单，体积轻便，可在实现对光伏板的自动除尘的同时又便于与整个光伏系统实现一体化集成。采用发明了包含直线超声电机在内的除尘机构，实现了将除尘机构与光伏系统的一体化集成；通过检测环境光强与实时发电量判定光伏板积尘厚度高低的方法，具有可靠性好、自动化程度高、便于实现的优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种全自动光伏板除尘小车，包括：光伏板(4)，所述光伏板(4)上次设有毛刷本体(2)，所述毛刷本体(2)两端设有金属导轨(3)，金属导轨(3)安装在光伏板(4)外侧的设备支架上，所述毛刷本体(2)两端通过固定螺栓安装在法兰滑块(1)上，所述法兰滑块(1)滑动安装在金属导轨(3)上，所述法兰滑块(1)与金属导轨(3)之间设有除尘驱动装置，其特征在于：除尘驱动装置固定安装在法兰滑块(1)上，所述除尘驱动装置包括超声电机定子本体，所述超声电机定子本体包括矩形板定子(51)，用螺栓将矩形板定子(51)固定在法兰滑块(1)上，所述矩形板定子(51)外侧放置压电陶瓷片(52)，设备支架下侧上端面铺设氮化硅摩擦条(50)，矩形板定子(51)下侧各配置驱动足(54)，当压电陶瓷片(52)通入合适的激励信号时，即可触发矩形板定子(51)的弯振与纵振模态，使驱动足(54)产生椭圆运动，通过与氮化硅摩擦条(50)之间的摩擦力作用推动毛刷前进。
2.根据权利要求1所述的一种全自动光伏板除尘小车，其特征在于：所述形板定子(51)外侧设有夹持元件(53)夹持元件(53)左右两侧面分别对称打两个通孔(55)，通过尼龙螺栓紧固矩形板定子(51)，给矩形板定子(51)提供一个预压力。
3.根据权利要求1或2所述的一种全自动光伏板除尘小车，其特征在于：所述光伏板(4)两侧铺设两个L型基座，在两个基座的一端上端面分别铺设金属导轨(3)。
4.根据权利要求3所述的一种全自动光伏板除尘小车，其特征在于：所述光伏板(4)上下两端设有若干霍尔式限位开关，霍尔式限位开关固定安装在光伏板(4)上的传感器安装槽内，光伏板(4)上设有微控制器，微控制器连接控制除尘驱动装置。
5.根据权利要求4所述的一种全自动光伏板除尘小车，其特征在于：所述光伏板(4)上设有采样电阻器、光照传感器，所述采样电阻器、光照传感器固定安装在光伏板(4)上的传感器安装槽内。
6.一种全自动光伏板除尘小车的运动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1).检测取样电阻的电压与此时的光照量；检测光强的传感器直接与微控制器相连接，实时检测光照强度；
步骤(2).通过检测发电量，当光伏发电量小于预设额定值时，通过微控制器控制除尘驱动装置工作使清洁小车工作；
步骤(3).控制小车正反相运行，当小车往返达到指定次数时，驱动电路关闭，小车回到初始位置，清洁小车完成了一次清洁周程。
7.根据权利要求6所述的一种全自动光伏板除尘小车的运动控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过实验确定干净光伏板的发电量与光照强度的关系，根据这个关系写入不同光照强度下的电压阈值；同时利用电压检测电路检测在此光照强度下光伏板负载电阻上的电压值；将检测到的电压值与阈值相对比，如果检测到的电压低于阈值电压，通过微控制器控制除尘驱动装置工作。
8.根据权利要求6所述的一种全自动光伏板除尘小车的运动控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中当直线超声电机运动靠近限位开关时，通过磁学信号反馈量改变四片压电陶瓷通入电压的相序使电机反向运动。
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