CN117650751A - 一种太阳能光伏发电面板清扫装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能光伏发电面板清扫装置，属于太阳能光伏发电及建筑工程技术领域，解决环境恶劣地区光伏电站密集阵列的太阳能面板除尘清扫成本高、维护难度大的技术问题，解决方案为：本装置包括大车机构和安装在小车架上的无水除尘清扫装置、顽固污渍清扫装置、沙尘收集装置、升降装置和PLC控制系统，小车架通过轨道及升降装置在大车机构上行走，大车机构通过滚轮组卡在太阳能光伏发电面板的边缘上并沿着太阳能光伏发电面板行走，其余电气元件通过数据线与PLC控制系统进行连接。本发明具有免维护、清扫效率高、成本低、安全可靠、低碳环保等特点，实现对太阳能光伏发电面板表面沙尘的无水清扫和顽固污渍的有效去除。

Description

一种太阳能光伏发电面板清扫装置

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电及建筑工程技术领域，具体涉及的是一种太阳能光伏发电面板清扫装置。

背景技术

随着新能源技术得到大力推广，全国各地新建了大量的太阳能光伏电站。太阳能光伏发电面板通常建立在野外环境，表面易积灰，将导致其光伏转换率下降，因此需要定期清洁。特别是在沙漠、荒坡、山地、建筑屋顶等不便于人工维护的地方，人工清扫存在成本较高、安全性不足、清扫效率低下的问题。而现有的太阳能光伏面板清扫设备不同程度地存在可靠性低、成本较高和不便维护等不足，因此急需设计一种免人工维护的太阳能光伏发电面板清扫装置来解决以上问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决在沙漠、荒陂、山地、高层建筑等环境恶劣地区大型光伏电站密集阵列的太阳能面板除尘清扫成本高、维护难度大的技术问题，本发明提供一种太阳能光伏发电面板清扫装置。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种太阳能光伏发电面板清扫装置，包括大车机构以及安装在小车架上的无水除尘清扫装置、顽固污渍清扫装置、沙尘收集装置和PLC控制系统；

所述大车机构包括大车架、驱动电机和四组滚轮组，大车架包括头架和轨道，头架设置为C字形，两根轨道平行设置，上、下两侧头架平行设置并分别跨设于两根轨道的首尾两端上，大车架整体设置为矩形框架结构；四组滚轮组分别安装于大车架的四角位置处，并且上、下两组滚轮组分别卡装于太阳能光伏发电面板对应的上缘和下缘位置处，驱动电机对称设置于上、下两侧头架的中部，驱动电机通过皮带传动装置驱动滚轮组转动，进而驱动大车机构平行于太阳能光伏发电面板的表面左、右往复平移；

所述小车架设置为日字形框体结构，小车架安装于大车架的轨道上，小车架中部的横梁上设置升降装置，升降装置为钢丝绳卷筒，钢丝的端部与上侧头架的中部固定连接，钢丝绳收回或者放出卷筒进而带动小车架沿轨道上、下往复平移；

所述无水除尘清扫装置包括滚刷和减速电机一，两组滚刷平行安装于小车架中部横梁的上、下两侧，滚刷的首、尾两端分别安装从动齿轮，滚刷的上方设置滚刷罩；两台所述减速电机一分别安装于小车架左、右两侧框体的内侧并且相背设置，两台减速电机一的动力输入轴分别与传动轴的首尾两端连接，所述钢丝绳卷筒上的转轴通过皮带与传动轴连接，两台减速电机一的动力输出轴上设置驱动齿轮，驱动齿轮与所述从动齿轮啮合传动，钢丝绳卷筒的转轴通过皮带、传动轴、减速电机一、驱动齿轮、从动齿轮驱动两组滚刷擦除太阳能光伏发电面板表面的积灰；

所述顽固污渍清扫装置包括减速电机二、盘刷、清洁剂定量喷射装置和工业相机，减速电机二、清洁剂定量喷射装置和工业相机分别安装于小车架的四角位置处，减速电机二的转子与盘刷的刷柄固定连接，减速电机二、清洁剂定量喷射装置和工业相机通过数据线与PLC控制系统电连接；

所述沙尘收集装置包括吸头、沙尘沉降集灰装置和负压装置，所述吸头设置于滚刷罩上并位于滚刷罩与太阳能光伏发电面板之间，负压装置安装在吸头上，所述沙尘沉降集灰装置设置于小车架的侧壁上，吸头通过管道与沙尘沉降集灰装置连通；负压装置通过数据线与PLC控制系统电连接，负压装置通过吸头将太阳能光伏发电面板表面的积灰吸入并通过管道排入沙尘沉降集灰装置中。

进一步地，每组所述滚轮组包括安装于车体上的两个驱动轮和两个支撑轮，驱动电机通过皮带传动装置与对应的驱动轮连接。

进一步地，所述沙尘沉降集灰装置内安装有旋风除尘器，旋风除尘器的底部安装储尘罐。

进一步地，在所述太阳能光伏发电面板的左、右两侧边缘上分别设置触碰开关，在小车架上、下两侧的框体上分别设置触碰开关，所述触碰开关均通过数据线与PLC控制系统电连接。

进一步地，所述滚刷与盘刷上刷毛的材质均为尼龙材料。

本发明的有益效果在于：

本发明通过大车机构实现在太阳能光伏发电面板上的行走运动，小车架位移通过直线轴承导轨，不仅摩擦力小、而且运行平稳，有效地实现无水除尘清扫装置和顽固污渍清扫装置的作业；通过无水除尘清扫装置内设带有滚刷罩的圆筒形结构滚刷，且在靠近太阳能光伏发电面板的地方预留吸头，防止清扫过程中灰尘对太阳能光伏发电面板造成二次污染，通过顽固污渍清扫装置内置的盘刷，结合专用清洁剂的浸润，已达到破坏顽固污渍对太阳能光伏发电面板的粘结；采用尼龙材料制成的滚刷和盘刷，具有柔韧度高、抗磨损、耐蠕变、吸水率低、稳定性好的优点；从而延长太阳能光伏发电面板的使用寿命；通过选用旋风除尘器作为沙尘沉降装置，具有体积小、除尘效率高等优点，通过设置工业相机，应用视觉检测技术，在清扫前后拍照形成对比，检测清扫的洁净程度；驱动电机和减速电机均采用铝合金材料制成的步进电机，供电系统利用太阳能光伏发电面板直接取电，耐腐蚀性好、设备轻巧、能源利用率高。保养设备有效减少，维护成本降低，同时避免了因高温环境条件下设备出现死机卡顿的现象。再通过设计优化PLC控制系统流程，应用温度、光度传感器对太阳能电池板表面的透光率和温度等状态实时监测。采用温度、加速度传感器，对清扫系统的各个运动零部件的温度和运动状态进行检测，并将检测结果实时反馈到控制终端。如果某个零部件的数据异常，则将该结果自动发送到维修人员的手机，维修人员就可以直接找到该设备的运行异常零部件，并直接进行检查维修，最终实现免维护清扫。

附图说明

图1为本发明整体立体结构示意图；

图2为大车机构立体结构示意图；

图3为小车架立体结构示意图；

图4为小车架主视结构示意图；

图5为本发明使用状态结构示意图；

图6为本发明的清扫路径示意图；

图7为本发明工作流程图；

图8为无水除尘清扫装置工作流程图；

图9为顽固污渍清扫装置工作流程图。

图中，1、太阳能光伏发电面板，2、无水除尘清扫装置，3、顽固污渍清扫装置，4、升降装置，5、大车机构，6、小车架，7、沙尘收集装置，8、轨道，9、支撑轮，10、驱动轮，11、驱动电机，12、传动装置，13、大车架，14、滚刷，15、减速电机一，16、减速电机二，17、盘刷，18、清洁剂定量喷射装置，19、工业相机，20、吸头，21、沙尘沉降集灰装置，22、储尘罐，23、负压装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至图5所示的一种太阳能光伏发电面板清扫装置，包括大车机构5以及安装在小车架6上的无水除尘清扫装置2、顽固污渍清扫装置3、沙尘收集装置7和PLC控制系统；

所述大车机构5包括大车架13、驱动电机11和四组滚轮组10，大车架13包括头架和轨道8，头架设置为C字形，两根轨道8平行设置，上、下两侧头架平行设置并分别跨设于两根轨道8的首尾两端上，大车架13整体设置为矩形框架结构；四组滚轮组10分别安装于大车架13的四角位置处，并且上、下两组滚轮组10分别卡装于太阳能光伏发电面板1对应的上缘和下缘位置处，驱动电机11对称设置于上、下两侧头架的中部，驱动电机11通过皮带传动装置12驱动滚轮组10转动，进而驱动大车机构5平行于太阳能光伏发电面板1的表面左、右往复平移；

所述小车架6设置为日字形框体结构，小车架6安装于大车架13的轨道8上，小车架6中部的横梁上设置升降装置4，升降装置4为钢丝绳卷筒，钢丝的端部与上侧头架的中部固定连接，钢丝绳收回或者放出卷筒进而带动小车架6沿轨道8上、下往复平移；

所述无水除尘清扫装置2包括滚刷14和减速电机一15，无水除尘清扫装置的零部件选用经防腐处理后的铝合金材料，两组滚刷14平行安装于小车架6中部横梁的上、下两侧，滚刷14的首、尾两端分别安装从动齿轮，滚刷14的上方设置滚刷罩；两台所述减速电机一15分别安装于小车架6左、右两侧框体的内侧并且相背设置，两台减速电机一15的动力输入轴分别与传动轴的首尾两端连接，所述钢丝绳卷筒上的转轴通过皮带与传动轴连接，两台减速电机一15的动力输出轴上设置驱动齿轮，驱动齿轮与所述从动齿轮啮合传动，无水除尘清扫装置具有0度~60度的爬坡能力，钢丝绳卷筒的转轴通过皮带、传动轴、减速电机一15、驱动齿轮、从动齿轮驱动两组滚刷14擦除太阳能光伏发电面板1表面的积灰；

所述顽固污渍清扫装置3包括减速电机二16、盘刷17、清洁剂定量喷射装置18和工业相机19，减速电机二16、清洁剂定量喷射装置18和工业相机19分别安装于小车架6的四角位置处，减速电机二16的转子与盘刷17的刷柄固定连接，减速电机二16、清洁剂定量喷射装置18和工业相机19通过数据线与PLC控制系统电连接；为了减少人工维护操作，减速电机一15和减速电机二16均选用免维护零部件的步进电机；

所述沙尘收集装置7包括吸头20、沙尘沉降集灰装置21和负压装置23，所述吸头20设置于滚刷罩上并位于滚刷罩与太阳能光伏发电面板1之间，负压装置23安装在吸头20上，所述沙尘沉降集灰装置21设置于小车架6的侧壁上，吸头20通过管道与沙尘沉降集灰装置21连通；负压装置23通过数据线与PLC控制系统电连接，负压装置23通过吸头20将太阳能光伏发电面板1表面的积灰吸入并通过管道排入沙尘沉降集灰装置21中。

进一步地，每组所述滚轮组10包括安装于车体上的两个驱动轮和两个支撑轮9，驱动电机11通过皮带传动装置12与对应的驱动轮连接。

进一步地，所述沙尘沉降集灰装置21内安装有旋风除尘器，旋风除尘器的底部安装储尘罐22。

进一步地，在所述太阳能光伏发电面板1的左、右两侧边缘上分别设置触碰开关，在小车架6上、下两侧的框体上分别设置触碰开关，避免小车架与大车机构超出极限运动位置，所述触碰开关均通过数据线与PLC控制系统电连接。

进一步地，所述滚刷14与盘刷17上刷毛的材质均为尼龙材料。

如图6和图7所示，本发明的使用过程为：

1）、所有电气元件直接从太阳能光伏发电面板1上取电，减少电源供应中间环节，且全部采用直流供电，保养设备有效减少，维护成本降低，同时避免了因高温环境条件下设备出现死机卡顿的现象；

大车机构5的运行靠4组滚轮组10卡在太阳能光伏发电面板1的边缘，并通过皮带带动驱动轮进行移动；小车架6的运行靠卷筒钢丝绳的牵引，在大车机构5的导轨8上移动。大车机构5相对于太阳能面板阵列横向移动，小车架6相对于太阳能面板阵列纵向移动，以覆盖整个太阳能面板阵列的所有清扫区域。减速电机一15通过传动装置12带动滚刷14转动，并跟随小车架6纵向运动，对太阳能光伏发电面板1上的沙尘进行清扫，与此同时，沙尘收集装置7开始动作，将沙尘收集到储尘罐22中；

在无水沙尘清扫过程中，滚刷14被滚刷罩包裹，防止清扫的灰尘到处飞扬，造成太阳能光伏发电面板1的二次污染。在清扫的过程中，吸头20实时地将清扫起来的灰尘吸收到沙尘沉降集灰装置21的储尘罐22中；

2）、当小车架6从上向下运行到轨道8下端的极限位置时，大车机构5向右边移动一段有效清扫宽度的距离，大车机构5静止后，小车架6再向上移动，运动到轨道8上端的极限位置时，大车机构5再向右移动一个有效清扫宽度的距离，如图6所示周而复始地进行太阳能光伏发电面板1的清扫作业；

3）、在储尘罐22接近满仓时，通过PLC控制系统控制本发明自动移动到太阳能电池板1阵列的边缘位置，此时储尘罐22仓门自动打开，将沙尘倒出，之后仓门自动关闭，回到原来的清扫区域，继续进行太阳能光伏发电面板1表面的自动清扫；

4）、在清扫过程中，当工业相机19检测到顽固污渍的位置时，PLC控制系统就会自动判断，在大车机构5和小车架6不超出行程范围的前提下，决定使用哪一组顽固污渍清扫装置3对顽固污渍进行清扫。在清扫顽固污渍时，清洁剂定量喷射装置18会自动喷射到顽固污渍上，然后盘刷17开始旋转作业，将顽固污渍擦掉。

在恶劣的环境中，为了实现本装置的无人化作业，提高系统的免维护性，如图7所示对清扫PLC控制系统进行设计优化。PLC控制系统根据太阳能电池板表面沙尘的无水清扫作业流程，通过控制升降装置4、大车机构5、小车架6、滚刷14、沙尘收集装置7的启动和停止，使清扫系统按照清扫的要求和作业流程，对太阳能电池板1表面的沙尘进行清扫。

如图8所示，无水除尘清扫装置2的使用过程如下：

1）、初始状态，无水除尘清扫装置2位于太阳能电池板阵列的最左侧，避免对太阳能电池板进行遮挡；

2）、无水除尘清扫装置2启动后，大车机构5先启动，移动到太阳能电池板阵列上的最左端，此时小车架6位于大车机构5的最上端，然后启动的是沙尘沉降集灰装置21，直到沙尘收集装置7的储尘罐22收集满仓，或者沙尘清扫完毕，沙尘收集装置7一直处于开启状态；

3）、然后开启的是滚刷14，滚刷14旋转进而将沙尘从太阳能光伏发电面板1表面上脱离，并在沙尘收集装置7的作用下吸收进储尘罐22；

4）、在滚刷14开启2s后，小车架6上的升降装置4开始启动，小车架6从上向下运动，到达底端的极限位置时，触动限位开关；之后，升降装置4停止运动，小车架6保持当前位置不动，大车机构5向右移动一个有效清扫宽度的距离。接着大车机构5停止，升降装置4重新启动，小车架6继续向上保持匀速运动。如此循环往复，以蛇形清扫路径进行太阳能光伏发电面板1表面的无水清扫；

5）、当大车机构5达到右端极限位置，并且小车架6到达上端、下端极限位置时，说明已经完成了整个太阳能电池板阵列的清扫，如果没有检测到顽固污渍，此时滚刷14和沙尘收集装置7停止工作，大车机构5开始向左移动，小车架6回到最上端，最终运行到无水除尘清扫装置2所处的初始位置，等待下一次循环。

当太阳能光伏发电面板1在无水清扫过程中，检测到有难以清除的顽固污渍，并不会立即对其进行清扫，而是通过工业相机19先将顽固污渍所在区域位置记录下来，等到太阳能电池板阵列上的沙尘清扫完毕后，再回到顽固污渍所在区域，对其进行清扫。如图9所示，顽固污渍清扫装置3的使用过程如下：

1）、当无水除尘清扫装置2完成太阳能光伏发电面板1无水清扫后，如果在清扫过程中检测到了顽固污渍的存在，大车机构5以及小车架6上的升降装置4同时动作，将清洁剂定量喷射装置18的喷头移动到第一个记录的顽固污渍所在位置，接着清洁剂定量喷射装置18的电磁开关瞬间通电，使清洁剂喷在顽固污渍上；

2）、然后，大车机构5和小车架6再次调整位置，使盘刷17移动到顽固污渍上方并开始旋转，使清洁剂充分浸润顽固污渍；

3）、盘刷17工作10s后，大车机构5和小车架6上的升降装置4开始调整位置，使滚刷14移动到该顽固污渍所在位置，滚刷14和沙尘收集装置7启动，对残留的顽固污渍进行清扫收集；

4）、当所有的顽固污渍清扫完毕，各元件自动恢复到初始的状态。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种太阳能光伏发电面板清扫装置，其特征在于：包括大车机构（5）以及安装在小车架（6）上的无水除尘清扫装置（2）、顽固污渍清扫装置（3）、沙尘收集装置（7）和PLC控制系统；

所述大车机构（5）包括大车架（13）、驱动电机（11）和四组滚轮组（10），大车架（13）包括头架和轨道（8），头架设置为C字形，两根轨道（8）平行设置，上、下两侧头架平行设置并分别跨设于两根轨道（8）的首尾两端上，大车架（13）整体设置为矩形框架结构；四组滚轮组（10）分别安装于大车架（13）的四角位置处，并且上、下两组滚轮组（10）分别卡装于太阳能光伏发电面板（1）对应的上缘和下缘位置处，驱动电机（11）对称设置于上、下两侧头架的中部，驱动电机（11）通过皮带传动装置（12）驱动滚轮组（10）转动，进而驱动大车机构（5）平行于太阳能光伏发电面板（1）的表面左、右往复平移；

所述小车架（6）设置为日字形框体结构，小车架（6）安装于大车架（13）的轨道（8）上，小车架（6）中部的横梁上设置升降装置（4），升降装置（4）为钢丝绳卷筒，钢丝的端部与上侧头架的中部固定连接，钢丝绳收回或者放出卷筒进而带动小车架（6）沿轨道（8）上、下往复平移；

所述无水除尘清扫装置（2）包括滚刷（14）和减速电机一（15），两组滚刷（14）平行安装于小车架（6）中部横梁的上、下两侧，滚刷（14）的首、尾两端分别安装从动齿轮，滚刷（14）的上方设置滚刷罩；两台所述减速电机一（15）分别安装于小车架（6）左、右两侧框体的内侧并且相背设置，两台减速电机一（15）的动力输入轴分别与传动轴的首尾两端连接，所述钢丝绳卷筒上的转轴通过皮带与传动轴连接，两台减速电机一（15）的动力输出轴上设置驱动齿轮，驱动齿轮与所述从动齿轮啮合传动，钢丝绳卷筒的转轴通过皮带、传动轴、减速电机一（15）、驱动齿轮、从动齿轮驱动两组滚刷（14）擦除太阳能光伏发电面板（1）表面的积灰；

所述顽固污渍清扫装置（3）包括减速电机二（16）、盘刷（17）、清洁剂定量喷射装置（18）和工业相机（19），减速电机二（16）、清洁剂定量喷射装置（18）和工业相机（19）分别安装于小车架（6）的四角位置处，减速电机二（16）的转子与盘刷（17）的刷柄固定连接，减速电机二（16）、清洁剂定量喷射装置（18）和工业相机（19）通过数据线与PLC控制系统电连接；

所述沙尘收集装置（7）包括吸头（20）、沙尘沉降集灰装置（21）和负压装置（23），所述吸头（20）设置于滚刷罩上并位于滚刷罩与太阳能光伏发电面板（1）之间，负压装置（23）安装在吸头（20）上，所述沙尘沉降集灰装置（21）设置于小车架（6）的侧壁上，吸头（20）通过管道与沙尘沉降集灰装置（21）连通；负压装置（23）通过数据线与PLC控制系统电连接，负压装置（23）通过吸头（20）将太阳能光伏发电面板（1）表面的积灰吸入并通过管道排入沙尘沉降集灰装置（21）中。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电面板清扫装置，其特征在于：每组所述滚轮组（10）包括安装于车体上的两个驱动轮和两个支撑轮（9），驱动电机（11）通过皮带传动装置（12）与对应的驱动轮连接。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电面板清扫装置，其特征在于：所述沙尘沉降集灰装置（21）内安装有旋风除尘器，旋风除尘器的底部安装储尘罐（22）。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电面板清扫装置，其特征在于：在所述太阳能光伏发电面板（1）的左、右两侧边缘上分别设置触碰开关，在小车架（6）上、下两侧的框体上分别设置触碰开关，所述触碰开关均通过数据线与PLC控制系统电连接。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏发电面板清扫装置，其特征在于：所述滚刷（14）与盘刷（17）上刷毛的材质均为尼龙材料。