CN204810221U

CN204810221U - 太阳能电池板自动清洁系统

Info

Publication number: CN204810221U
Application number: CN201520337226.0U
Authority: CN
Inventors: 周红波
Original assignee: Butterworth Business Machine People Co Ltd Of Suzhou Section
Current assignee: Ecovacs Commercial Robotics Co Ltd
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2025-05-22

Abstract

本实用新型提供一种太阳能电池板自动清洁系统，该系统包括设置在太阳能电池板(100)上的控制单元(200)和清洁单元，驱动单元(300)通过传动单元(400)使清洁单元(500)运动，从而对太阳能电池板的表面进行清洁，太阳能电池板自动清洁系统包括信号采集单元(210)，控制单元根据信号采集单元的监测信号进行判断后输出控制信号给所述驱动单元，控制启动或停止清洁单元工作。本实用新型能够根据信号采集单元及时反馈的包括光电转换率和灰尘污染率在内的特定参数来判断是否需要对太阳能电池板进行清理，以此提高发电转换效率和电池板的使用寿命；结构简单操作方便，保证了太阳能电池板最大程度上持续较高的光电转换效率。

Description

太阳能电池板自动清洁系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池板自动清洁系统，属于清洁设备制造技术领域。

背景技术

随着光伏产业的发展，新型环保能源越来越被重视，尤其是太阳能电池板发电得到了大规模地使用。目前所用到的太阳能电池板，例如：大型集中电厂、分布式电厂、家庭自建电厂以及公园里面的太阳能节能灯等等，都存在一个后期较难维护的问题，就是电池板表面长期堆积的脏污、灰尘、积雪等杂物会很大程度影响电池板的光电转换率和使用寿命。目前用于太阳能电池板清洁的产品大致分为两类：即：人工洒水清洗及智能机器人清洗。人工洒水清洗既存在劳动力与水资源浪费的问题，又受到一些特殊场合，比如：水资源匮乏、多风沙等环境无法满足清洁要求的限制；而智能清洁机器人的清洗效率低下、可靠性差、前期设备资金投入及后期维护费用都较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种太阳能电池板自动清洁系统，能够根据信号采集单元采集到的太阳能电池板污染程度信息，如光电转换率和灰尘污染率、太阳能电池板表面温度以及光信号强度等在内的特定参数来判断是否需要对太阳能电池板进行清理，以此提高发电转换效率和电池板的使用寿命；结构简单操作方便，保证了太阳能电池板最大程度上持续较高的光电转换效率。

本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种太阳能电池板自动清洁系统，包括设置在太阳能电池板上的控制单元和清洁单元，驱动单元通过传动单元使清洁单元运动，对太阳能电池板的表面进行清洁，太阳能电池板自动清洁系统还包括采集太阳能电池板污染程度信息的信号采集单元，控制单元根据信号采集单元的监测信号进行判断后输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

根据不同的需要，所述信号采集单元的监测信号可以为很多种。在其中的一个实施例中，所述监测信号为太阳能电池板的输出电压和输出电流；所述控制单元根据输出电压和输出电流换算出所述太阳能板的光电转换率，并依据所述光电转换率的大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

在另一个实施例中，所述信号采集单元的监测信号为光信号强度，所述控制单元根据光信号强度大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

在再一个实施例中，所述信号采集单元的监测信号为太阳能电池板表面的实时图像，所述控制单元将实时图像做空间变换后，根据污染区域直方图的分布状况得到灰尘污染率；所述控制单元根据所述灰尘污染率的大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

另外，所述信号采集单元的监测信号还可以为太阳能电池板表面的温度，所述控制单元根据所述温度的大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

太阳能电池板自动清洁系统的所述传动单元包括设置在太阳能电池板两端的软轴，其中一端的所述软轴与所述驱动单元连接并在驱动单元输出的动力驱动下运动。所述软轴的截面由里到外包括钢丝软轴、软轴支架和软轴套管，其中的软轴支架为塑料件，软轴套管为钢管。

所述驱动单元包括驱动电机和减速箱，所述软轴的两端分别固定有链轮，链轮上啮合有链条。所述驱动电机输出的动力通过减速箱减速后，其输出端与设置在太阳能电池板一端的软轴上固定的链轮相连并驱动其转动，链轮与软轴同步转动并带动链条运动。

综上所述，本实用新型能够根据信号采集单元及时反馈的包括光电转换率和灰尘污染率在内的特定参数来判断是否需要对太阳能电池板进行清理，以此提高发电转换效率和电池板的使用寿命；结构简单操作方便，保证了太阳能电池板最大程度上持续较高的光电转换效率。

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B向视图；

图4为本实用新型实施例一的工作流程简图；

图5为本实用新型软轴的结构示意图；

图6为本实用新型软轴的截面示意图

图7为本实用新型清洁组件结构示意图；

图8和图9分别为本实用新型滑块与导轨的结构示意图；

图10和图11分别为太阳能电池板清洁区域和污染区域的HIS图像；

图12和图13分别为清洁区域和污染区域的直方图。

具体实施方式

实施例一

图1为本实用新型整体结构示意图；图2和图3分别为图1的A、B向视图。如图1至图3所示，本实用新型提供一种太阳能电池板自动清洁系统，包括设置在太阳能电池板100上的控制单元200和清洁单元，驱动单元300通过传动单元400使清洁单元500往复运动，从而对太阳能电池板100的表面进行清洁。为了能够在有效清洁的同时又节约能源，所述太阳能电池板自动清洁系统还包括信号采集单元210，控制单元200根据信号采集单元210的监测信号进行判断后，输出控制信号给所述驱动单元，自动启动该清洁单元工作。

图4为本实用新型实施例一的工作流程简图。如图4所示，所述的信号采集单元210与太阳能电池板100连接，太阳能电池板100接收光照S后，输出电压值、电流值给信号采集单元210，信号采集单元210通过计算输出一个功率值Pmax给控制单元200，控制单元200接收到功率值Pmax后，通过光电转化效率的计算公式计算出实际转化效率η_a，

具体公式为：

η_{a} = \frac{P_{\max}}{G \times S_{a}} \times 100 %;

其中，S_a为有效面积；G为辐照度，是一个常量。

控制单元200还设有与实际转化效率η_a进行比较的启动阈值η1和结束阈值η2，当实际转化效率η_a低于η1时，控制单元200输出脉宽调制信号驱动电机电路，驱动单元300启动，使传动单元400带动清洁单元500往复运动进行清洁，当实际转化效率η_a高于η2时，驱动单元300停止工作，清洁单元500停止清洁。目前，太阳能电池板的材质多为晶体硅，其中单晶硅的光电转换率比多晶硅高，单晶硅为15％左右，而多晶硅则为12％左右。本实用新型中太阳能电池板的材质采用单晶体硅，η2值为15％左右。

如图1并结合图2所示，所述驱动单元300包括驱动电机和减速箱。所述传动单元400包括设置在太阳能电池板100两端的软轴410，软轴410的两端固定有链轮411，链轮411上啮合有链条412。驱动电机输出的动力通过减速箱减速后，其输出端与设置在太阳能电池板100一端的软轴410上固定的链轮411相连并驱动其转动，链轮411与软轴410同步转动并带动链条412运动。

图5为本实用新型钢丝软轴的结构示意图；图6为本实用新型钢丝软轴的截面示意图。如图5、图6并结合图1、图2所示，由于太阳能电池板100的长度较长，本实用新型采用软轴410而不是刚性轴进行动力传动，可以减少因振动而损失的电机输出扭矩。更具体地，如图6所示，软轴410的截面由里到外包括钢丝软轴420、软轴支架421和软轴套管422，其中的软轴支架421为塑料件，软轴套管422为钢管，软轴支架421用以支撑软轴套管422，使两者在转动时能够同步而不会发生相对位移。

图7为本实用新型清洁组件结构示意图；图8和图9分别为本实用新型滑块与导轨的结构示意图。如图7至图9所示，所述清洁单元500包括清洁支架510以及设置在清洁支架510上的清洁元件，所述清洁元件可以采用刮条、刷毛等结构；清洁支架510的两端分别与太阳能电池板两侧的链条412连接，并固定于滑块520上，滑块520能够沿太阳能电池板100两侧边缘滑动，进而带动设置在清洁支架510上的清洁元件往复运动以实现对太阳能电池板100表面的清洁。

在太阳能电池板的两侧可以设置导轨600，在本实施例中，为了节省空间，简化结构，所述导轨600是直接将太阳能电池板的边框采用平行铝型材制成。滑块520上开设有供所述导轨600穿过的通孔524，所述滑块520通过轴承组能够沿导轨600滑动。所述轴承组具体包括两个第一轴承530和一个第二轴承540，其中第一轴承530的直径比第二轴承540的直径大一些，第一轴承530和第二轴承540分别位于导轨600的上下两侧。滑块520上还设有可供清洁支架510上下位移的滑槽521，清洁支架510设置在所述滑槽521中并通过弹片522定位，使其具备一定的预紧力。当太阳能电池板100的表面不平整时，清洁支架510上的刮条和刷毛仍然可以很好的与其贴合，100％覆盖清洁表面，以利于对其表面的清洁，防止漏扫部分出现。

如图1所示，在太阳能电池板100的两端还分别设有限位开关700，所述限位开关700为撞板开关，该限位开关700输出信号给所述控制单元200，当清洁支架510碰触到某一个限位开关700时，控制单元控制驱动电机反方向转动，从而使得清洁单元在太阳能电池板两端进行往复清洁运动。另外，当太阳能电池板100的长度较长时，还需要在太阳能电池板的底部设置辅助支撑链轮组件800用以张紧链条412，使得链条传动均匀稳定。

上述太阳能电池板自动清洁系统的控制方法具体包括：首先，设置特定参数的启动阈值，在本实施例中，特定参数为太阳能电池板的光电转换率，启动阈值为η1；其次，监测并获得所述特定参数的实时值，即：监测太阳能电池板的输出电压和输出电流，并根据输出电压和输出电流换算出太阳能电池板的当前光电转换率η_a；然后，监测η_a的大小，当η_a＜η1时，启动清洁单元对太阳能电池板的清洁工作；最后，预设结束阈值η2，持续监测特定参数的大小，当η_a＞η2时，自动停止清洁工作。

因此，结合图1至图9，本实用新型的工作过程是这样的：

在正常情况下，控制单元200中的信号采集单元210定时对太阳能电池板100的表面清洁度进行监测，通过信号采集单元的信号换算出光电转换率，并根据光电转换率的大小来判断太阳能电池板是否需要清扫，当判断结果是需要清扫时，反馈信号给控制单元200。控制单元200接收到该反馈信号后启动驱动电机，驱动电机启动后带动减速箱，输出端传递扭矩至软轴410上的一个链轮411，软轴410带动固定在该转轴上的另一个链轮411同步转动，从而驱动两侧的链条412，使得清洁单元500上的清洁元件往复运动，从而实现对太阳能电池板表面的清扫。

当清扫完成一个循环后，持续监测光电转换率，并根据该实际光电转换率与启动阈值η1和结束阈值η2的比较结果控制继续清扫或者停止清扫。

需要说明的是，本实施例并非用于限定清洁单元和驱动单元的具体结构。例如清洁单元还可以是滚刷，或具有真空吸尘能力的清洁头，或两者的组合等；另，清洁单元和驱动单元也能集成为一个整体如自动清洁机器人，且太阳能电池板上的控制单元通过无线信号发送信号控制清洁机器人启动工作。

实施例二

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，两者唯一的区别在于：清洁单元结束清扫工作的控制过程不同。对于实施例一来说，清洁单元的启动和结束都是通过判断实时值与阈值之间的大小关系来实现的，而在本实施例中，可以预设清洁工作时间，一旦清洁单元启动便开始计时，当实际工作时间达到预设清洁工作时间时，自动停止清洁工作；或者，也可以在完成一个清洁工作循环之后自动停止清洁工作，所谓一个清洁工作循环是指清洁单元通过往复运动，已经将太阳能电池板的全部表面都清洁了一遍。本实施例中只需要设定启动阈值，通过定时或定量的方式结束，从控制程序上来说，更加简化。

实施例三

本实施例与实施例一、二的结构和控制方法基本相同，不同之处在于，特定参数为太阳能电池板的的光信号强度(太阳能电池板受污染程度越高，其对应接收到的光信号强度越小)，即：通过对光信号强度的大小来判断是否需要清洁。其中，光信号强度的启动阈值可以在预设标准阈值的70％至80％，以80％最佳。当实时光信号强度＜标准阈值80％时，启动清洁单元对太阳能电池板的清洁工作。

同样地，对于清洁单元何时结束清洁工作，也可以通过阈值判断、定时或完成一个清洁工作循环之后自动停止等多种方式来控制实现。

具体来说，信号采集单元包含分别设置在太阳能电池板的透光层(如钢化玻璃层)的上、下侧位置的信号发射器和信号接收器，其中一个用来发射信号、另一用来接收信号。如果太阳能电池板表面不够清洁，会对发射出来的信号造成阻挡，此时接收的光信号-强度就会减小。控制单元根据该光信号强度的大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动或停止清洁单元工作。同样的，在本实施例中，也可以预设清洁工作时间，一旦清洁单元启动便开始计时，当实际工作时间达到预设清洁工作时间时，自动停止清洁工作；或者，也可以在完成一个清洁工作循环之后自动停止清洁工作，所谓一个清洁工作循环是指清洁单元通过往复运动，已经将太阳能电池板的全部表面都清洁了一遍。

较佳的，上述信号发射器和信号接收器还可以沿着太阳能电池板的相对边缘等速同向运动。在该运动过程中，相当于把太阳能电池板的表面整体扫描一遍。如果发现一处或多次位置上光信号强度小于标准阈值的80％，即可启动清洁工作，避免太阳能电池板出现黑斑效应，即：当太阳能电池板的表面有一个地方长期有灰尘，这个地方会影响整个太阳能电池板的发电效率。

实施例四

在本实施例中，信号采集单元的监测信号为太阳能电池板表面的实时图像，该信号采集单元可以是摄像头。但是，由于摄像头采集的电池板图像为RGB图像，其三个通道的相关性较强，不适合作为判断灰尘污染率的基础特征，所以，需要先进行图像空间变换，将RGB图像转换为HSI图像，即：色调、饱和度和亮度图像。图10和图11分别对应太阳能电池板RGB图像和S通道的HSI图像。如图11所示，清洁区域和污染区域的状况一目了然，左侧区域受污染程度较高，S值较小，右侧区域受污染程度较小，S值较大。图12和图13分别为图11中左侧区域和右侧区域对应的直方图。需要说明的是，直方图的横轴代表颜色灰度值0-255，纵轴表示颜色为该灰度值的像素点的个数。所述控制单元将实时图像做空间变换后，根据污染区域直方图的分布状况得到灰尘污染率。对比图12和图13可以看出，图12中像素点的S值普遍较小，直方图主要分布在0值附近；而图13中的像素点的S值较大，分布也更广，在0值附近分布较少。综上，通过计算图像直方图0值某邻域内的像素总和占电池板区域总像素的百分比便可得到电池板的受污程度，以便判断是否需要清洁。

实施例五

除了上述实施例中提到的监测方式之外，当太阳能电池板上落有灰尘和没有灰尘时，其表面温度会有一定的变化。比如：落有灰尘时太阳能电池板的表面温度比没有灰尘时温度高，两者的温度差可以达到20％左右。根据这个特性，在本实施中，信号采集单元的监测信号为太阳能电池板表面的温度，所述控制单元根据监测温度输出控制信号给所述驱动单元，控制启动或停止清洁单元工作。

综上所述，无论是上述哪种实施例中的技术方案，本实用新型都提供了一种太阳能电池板自动清洁系统，本实用新型能够根据信号采集单元及时反馈的包括光电转换率和灰尘污染率在内的特定参数来判断是否需要对太阳能电池板进行清理，以此提高发电转换效率和电池板的使用寿命；结构简单操作方便，保证了太阳能电池板最大程度上持续较高的光电转换效率。

Claims

1.一种太阳能电池板自动清洁系统，包括设置在太阳能电池板(100)上的控制单元(200)和清洁单元(500)，驱动单元(300)通过传动单元(400)使清洁单元(500)运动，对太阳能电池板的表面进行清洁，其特征在于，太阳能电池板自动清洁系统还包括采集太阳能电池板污染程度信息的信号采集单元(210)，控制单元根据信号采集单元的监测信号进行判断后输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

2.如权利要求1所述的太阳能电池板自动清洁系统，其特征在于，所述信号采集单元的监测信号为太阳能电池板的输出电压和输出电流；

所述控制单元根据输出电压和输出电流换算出所述太阳能板的光电转换率，并依据所述光电转换率的大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

3.如权利要求1所述的太阳能电池板自动清洁系统，其特征在于，所述信号采集单元的监测信号为光信号强度，所述控制单元根据光信号强度大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

4.如权利要求1所述的太阳能电池板自动清洁系统，其特征在于，所述信号采集单元的监测信号为太阳能电池板表面的实时图像，所述控制单元将实时图像做空间变换后，根据污染区域直方图的分布状况得到灰尘污染率；

所述控制单元根据所述灰尘污染率的大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

5.如权利要求1所述的太阳能电池板自动清洁系统，其特征在于，所述信号采集单元的监测信号为太阳能电池板表面的温度，所述控制单元根据所述温度的大小输出控制信号给所述驱动单元，控制启动清洁单元工作。

6.如权利要求1所述的太阳能电池板自动清洁系统，其特征在于，所述传动单元(400)包括设置在太阳能电池板(100)两端的软轴(410)，其中一端的所述软轴与所述驱动单元连接并在驱动单元输出的动力驱动下运动。

7.如权利要求6所述的太阳能电池板自动清洁系统，其特征在于，所述驱动单元(300)包括驱动电机和减速箱，所述软轴的两端分别固定有链轮(411)，链轮上啮合有链条(412)；

所述驱动电机输出的动力通过减速箱减速后，其输出端与设置在太阳能电池板(100)一端的软轴(410)上固定的链轮(411)相连并驱动其转动，链轮(411)与软轴同步转动并带动链条(412)运动。

8.如权利要求6所述的太阳能电池板自动清洁系统，其特征在于，所述软轴(410)的截面由里到外包括钢丝软轴(420)、软轴支架(421)和软轴套管(422)，其中的软轴支架为塑料件，软轴套管为钢管。