CN208656708U - 一种光伏智能运维机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光伏智能运维机器人，包括移动平台、清扫机构、控制模块、自供电模块，通过可拆装式结构合理布置于光伏组件表面，所述清扫机构设于移动平台上，所述移动平台的主体由矩形框架组成，上部安装有自供电模块和控制模块，下部设计有防越位护栏和清刷梳；机器人的工作模式为“水平”方向左右移动，“竖直”方向上下清扫；在清扫机构上均布若干个热传感器，清扫机构内嵌毛刷对光伏表面旋转除尘，热传感器对掠过光伏表面温度进行扫描测判；该机器人集光伏组件表面积尘、积沙等清扫与热斑检测功能于一体，并通过自带光伏板发电并通过控制模块中电源管理单元进行管理。本装置对于提高发电效益、延长设备生命周期具有重要意义。

Description

一种光伏智能运维机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地涉及一种光伏智能运维机器人。

背景技术

光伏电站是指与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统，作为国家鼓励大力支持的绿色能源项目，越来越受到青睐。过去两年我国光伏产业呈现“爆发式增长”，仅2017年一年，便新增光伏发电装机5306万千瓦，同比增长68.7％。目前，我国光伏发电装机总容量更是达到1.4亿千瓦，稳居世界首位。这也意味着分布式光伏将继续成为各类光伏市场主体争相追逐的“香饽饽”。

然而，追逐“香饽饽”的过程并非一帆风顺。我国分布式光伏产业在并网容量大幅度增加的同时，也面临着不可忽视的行业痛点。在具体实施过程中，面临着资金筹措困难、建设场地不易协调、设备质量参差不齐、后期运维监控困难等问题。由于安装现场大型光伏发电站大多地处偏远地区或荒漠地带，积尘和风沙对光伏组件污染容易造成发电效率降低，严重遮盖区域会发生热斑效应，令组件局部发热甚至是烧毁，严重影响设备安全和发电收益，因此这也成为分布式光伏行业关注的一个重点。传统的光伏组件清洁方式存在过程艰难，间隔周期长，清洁质量无法保障难题，耗时耗力耗财，而且无法保证光伏组件得到及时有效清洁。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏智能运维机器人,采用无人值守自供电设计，适应能力强，可实现无水清扫，满足平原沙漠、远离人烟的大型光伏电站的需求，可按实际需求实现手动、自动和多模式智能清扫和故障自动报警功能，本装置对于提高发电效益、延长设备生命周期具有重要意义。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种光伏智能运维机器人，包括移动平台、清扫机构、控制模块、自供电模块，通过可拆装式结构合理布置于光伏组件表面，所述清扫机构设于移动平台上，所述移动平台的主体由矩形框架组成，上部安装有自供电模块和控制模块，下部设计有防越位护栏和清刷梳；机器人的工作模式为“水平”方向左右移动，“竖直”方向上下清扫；在清扫机构上均布若干个热传感器，清扫机构内嵌毛刷对光伏表面旋转除尘，热传感器对掠过光伏表面温度进行扫描测判；该机器人集光伏组件表面积尘、积沙等清扫与热斑检测功能于一体，并通过自带光伏板发电并通过控制模块中电源管理单元进行管理。

进一步的，防越位护栏可防止清扫机构失控脱离本体，清刷梳可在移动平台运行至下一工位过程中，对本轮清扫结束的毛刷进行清理，为下一工位清扫工作做准备；所述清刷梳采用弹性好硬度适中的材料，每排清刷梳之间留有空隙便于梳理后的尘土落下。

进一步的，矩形框架长边采用“凸”字形铝合金长杆作为清扫车轨，与清扫机构“凹”字形车轮配合起导向限位作用；矩形框架长边与光伏组件相交处安装有两对行走轮，一对为行走主轮，由第一电机通过伞齿轮传动左右行走，另一对为行走辅轮也即从动轮；移动平台沿着光伏组件上下侧壁设有对称四只挂轮，可沿侧壁滚动，起限位作用；移动平台在每侧挂轮之间设有防覆耳，防覆耳伸入光伏组件底侧。

进一步的，所述清扫机构为一矩形小车，横跨在移动平台上，内嵌有两个滚动清洁毛刷和一块梯形遮灰罩；清扫机构通过第二电机轴上的伞齿轮与清扫主轮啮合传动按程序沿组件表面上下运行；清洁毛刷采用软质和半硬质两种相互配合，以满足表面不同清扫需求；清洁毛刷通过第三电机轴齿轮和传动齿轮与毛刷齿轮啮合，使得清洁毛刷同向旋转清扫。

进一步的，清洁毛刷上部安装有遮灰罩；清扫机构两个直角处安装有两个距离传感器，第一距离传感器用于移动平台左右移动过程中对经过组件数量计数，并形成当前坐标信息，当机器人发生故障在光伏组件上停车时，可将报警信号及当前位置信息发送至电站运维平台方便管理人员查找；第二距离传感器在清扫机构跨越光伏组件边界线时，可按程序控制减速精确停车或反向做往复清扫。

进一步的，为防止大风天气导致小车倾覆，设有U型支架在移动平台框架下侧与光伏组件表面之间，跨接于清扫主轮和清扫辅轮轴外侧；清扫主轮的U型支架上均布若干个热传感器，在清扫过程中对光伏组件表面温度进行实时扫描检测，当检测到光伏组件局部温度过高时，将报警信号、光伏组件温度及当前位置信息发送至云平台及电站运维平台以便于管理人员及时处理。

进一步的，所述清扫机构上边沿安装有小型360°无死角监控摄像机，摄像机可遥控操作，当光伏组件表面发生热斑效应或其他影响光伏组件和运维机器人正常工作情况时，后台管理员可遥控打开摄像机，第一时间了解现场状况，摄像机带有旋转保护盖。

进一步的，所述控制模块负责整个清洁工作的协调安排和对外通讯，控制模块系统集成多元化管理，电源管理单元可对电池充放电进行管理，并具有性能分析和数据传输功能；电机控制单元基于PLC的直流脉宽调速系统，利用PLC的PWM功能指令,可在PLC的相应输出端输出占空比可调的PWM信号作用于驱动电路,控制PWM变换器主电路相应桥臂开关管的导通和关断,从而控制直流电机电枢上的电压,实现电机的PWM调速；通讯单元具有休眠、手动和自动等多种模式选择，并具有开机自检，故障报警，完工汇报功能；可通过无线模块与手持式调试设备或数据线与移动电脑连接对控制模块进行参数设置和系统升级。

进一步的，同时控制模块可以与光伏电站云平台通讯，一方面获取即时指令、气象信息和负责维护区域组件信息，另一方面可将光伏组件位置信息、清扫信息、组件表面温度、电池电量、电机温度和监控视频上传后台系统。

进一步的，所述自供电模块采用一块高可靠性高功率输出单晶硅太阳能电池板，安装于移动平台上部，控制模块和电池组封装在自带光伏板下侧，通过控制模块中电源管理单元对电池组进行充放电管理，为运维机器人正常工作提供动力来源。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、智能光伏运维机器人框架采用铝合金结构，机械强度高，防腐性能好，质量轻，便于运输安装。

2、可按照现场组件尺寸定制，采用拼装结构，可预装或是现场组装灵活性大。

3、移动机构宽度和组件宽度成倍数关系，运维结束后机器人精确停车与组件一侧，省去专用停车位，节约材料。

4、采用无水清扫，多质地毛刷可不受电站环境和清扫工况限制，通用性更强，清洁度更高。

5、清刷梳设计可在每轮清扫后及时对毛刷清扫除尘，减少清扫次数，延长毛刷使用周期。

6、遮灰罩设计可以防止清扫过程中毛刷旋转离心力和在风速影响下产生扬尘对已经清扫的组件产生二次污染,提高清扫效率，避免清扫返工。

7、控制模块采用智能研判设计，可随时将现场组件状况和清扫状况上报后台，实现电站运维无人值守实时可视化监管。

附图说明

图1：光伏智能运维机器人结构示意图。

图2：光伏智能运维机器人主视图。

图中：1-移动平台；2-清扫机构；3-控制模块；4-自供电模块；5-第一电机；6-第二电机；7-第三电机；8-毛刷齿轮；9-毛刷；10-清扫车轨；11-行走主轮；12-行走辅轮；13-清扫主轮；14-清扫辅轮；15-光伏组件；16-传动齿轮；17-挂轮；18-防覆耳；19-热传感器；20-清刷梳；21-遮灰罩；22-第一距离传感器；23-第二距离传感器；24-U型支架；25-监控摄像机；41-自带光伏板；42-锂电池组；91-半硬质毛刷；92-软质毛刷。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种光伏智能运维机器人，用于对光伏组件表面积灰进行清扫，主要包括移动平台1、清扫机构2、控制模块3、自供电模块4，通过可拆装式结构合理布置于光伏组件表面，工作模式为“水平”方向左右移动，“竖直”方向上下清扫。

本光伏智能运维机器人是一种以清扫光伏组件为主的智能运维设备，集光伏组件表面积尘、积沙等清扫与热斑检测功能于一体，零能耗、全智能、高效率地实现光伏组件表面自动清扫。设备整体呈矩形结构，尺寸可根据单组光伏板阵列数量定制，功能模块可选配。

由自供电模块4为机器人提供动力电源，运行时由移动平台1“驮着”清扫机构2按程序命令向右(左)运动，精确到位后，清扫机构2沿着清扫车轨10在光伏组件15表面按程序命令上(下)运动，同时清扫机构2内嵌毛刷9对光伏表面旋转除尘，热传感器19对掠过光伏表面温度进行扫描测判。现结合以下图1、2对其运行过程进行详细表述：

光伏智能运维机器人通过自带光伏板41发电并通过控制模块3中电源管理单元进行管理，多余电量储存在高容量锂电池中，电源管理单元在电池充放电过程中，实时采集锂电池组42中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象，此外电池管理单元设计有上位机管理系统，可以通过串口读取实时数据，可实现数据的监控、数据转储和电池性能分析等功能。

移动平台1主体由矩形框架组成，框架由铝合金型材栓接而成，质量轻，强度高，防腐效果好，上部安装有自供电模块4和控制模块3，下部设计有防越位护栏和清刷梳20，防越位护栏可防止清扫机构2失控脱离本体，清刷梳20可在移动平台1运行至下一工位过程中，对本轮清扫结束的毛刷9进行清理，为下一工位清扫工作做准备，清刷梳20采用弹性好硬度适中的材料，每排清刷梳20之间留有空隙便于梳理后的尘土落下；框架长边采用“凸”字形铝合金长杆作为清扫车轨10，与清扫机构2“凹”字形车轮配合起导向限位作用；框架长边与光伏组件15相交处安装有两对行走轮，一对为行走主轮11，由第一电机5通过伞齿轮传动左右行走，另一对为行走辅轮12也即从动轮。移动平台1沿着光伏组件15上下侧壁设有对称四只挂轮17，可沿侧壁滚动，起限位作用。移动平台1在每侧挂轮17之间设有防覆耳18，防覆耳18伸入光伏组件15底侧，可防止大风天气环境下，机器人从光伏组件15上倾覆损坏。

清扫机构2为一矩形小车，横跨在移动平台1上，内嵌有两个滚动清洁毛刷9和一块梯形遮灰罩21。清扫机构2通过第二电机6轴上的伞齿轮与清扫主轮13啮合传动按程序沿组件表面上下运行。清洁毛刷9采用软质和半硬质两种相互配合，以满足表面不同清扫需求。毛刷9通过第三电机7轴齿轮和传动齿轮16与毛刷齿轮8啮合，使得毛刷9同向旋转清扫。毛刷9上部安装有遮灰罩21，以防止清扫过程中毛刷9旋转离心力和在风速影响下产生扬尘对已经清扫过的光伏组件15产生二次污染。清扫机构2两个直角处安装有两个距离传感器，第一距离传感器22用于移动平台1左右移动过程中对经过组件数量计数，并形成当前坐标信息，当机器人发生故障在光伏组件15上停车时，可将报警信号及当前位置信息发送至电站运维平台方便管理人员查找；第二距离传感器23在清扫机构2跨越光伏组件15边界线时，可按程序控制减速精确停车或反向做往复清扫。为防止大风天气导致小车倾覆，设有U型支架24在移动平台1框架下侧与光伏组件15表面之间跨接于清扫主轮13和清扫辅轮14轴外侧。清扫主轮13的U型支架24上均布若干个热传感器19，在清扫过程中对光伏组件15表面温度进行实时扫描检测，当检测到光伏组件15局部温度过高时，将报警信号、光伏组件15温度及当前位置信息发送至云平台及电站运维平台以便于管理人员及时处理；清扫机构2上边沿安装有小型360°无死角监控摄像机25，摄像机可遥控操作，当光伏组件15表面发生热斑效应或其他影响光伏组件15和运维机器人正常工作情况时，后台管理员可遥控打开监控摄像机25，第一时间了解现场状况，摄像机带有旋转保护盖，在工作时旋转打开露出镜头，停止工作时旋转保护盖旋转关闭保护镜头，以防户外灰尘影响摄像清晰度。

控制模块3是智能运维机器人的大脑，负责整个清洁工作的协调安排和对外通讯，控制模块3系统集成多元化管理，电源管理单元可对电池充放电进行管理，并具有性能分析和数据传输功能；电机控制单元基于PLC的直流脉宽调速系统，利用PLC的PWM功能指令,可在PLC的相应输出端输出占空比可调的PWM信号作用于驱动电路,控制PWM变换器主电路相应桥臂开关管的导通和关断,从而控制直流电机电枢上的电压,实现电机的PWM调速。通讯单元具有休眠、手动和自动等多种模式选择，并具有开机自检，故障报警，完工汇报功能。可通过无线模块与手持式调试设备或数据线与移动电脑连接对控制模块3进行参数设置和系统升级。同时控制模块3可以与光伏电站云平台通讯，一方面获取即时指令、气象信息和负责维护区域组件信息，另一方面可将光伏组件15位置信息、清扫信息、组件表面温度、电池电量、电机温度和监控视频上传后台及时了解现场第一手可靠信息。此外，为因地制宜提高清扫效率，减少对组件发电影响，运维机器人可在夜间和雨天执行清扫工作，每次从休眠模式切换工作模式时，系统开始自诊断，确认无误后开始清扫，每个清扫周期开始时清扫一次自带光伏板41，清扫周期结束时，清扫机构2停车在清刷梳20区域，并上报后台此次清扫状况。如诊断光伏组件15表面某区域温度过高或有热斑效应，机器人自动报警并申请赶往此问题区域，后台管理员可打开监控摄像机25及时了解现场情况，如问题可通过清扫解决，管理员可通过手动模式实现定点循环清扫。

自供电模块4采用一块高可靠性高功率输出单晶硅太阳能电池板，安装于移动平台1上部，控制模块3和电池组封装在自带光伏板41下侧，通过控制模块3中电源管理单元对电池组进行充放电管理，为运维机器人正常工作提供动力来源。控制模块3和电池组封装外壳采用SMC材料,有绝佳的抗老化、防腐蚀和机械性能，外壳可以达到户外IP67防护等级，同时相比塑料和金属板材质，质量更轻、外观更美、寿命更长。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏智能运维机器人，其特征在于：包括移动平台、清扫机构、控制模块、自供电模块，通过可拆装式结构合理布置于光伏组件表面，所述清扫机构设于移动平台上，所述移动平台的主体由矩形框架组成，上部安装有自供电模块和控制模块，下部设计有防越位护栏和清刷梳；机器人的工作模式为“水平”方向左右移动，“竖直”方向上下清扫；在清扫机构上均布若干个热传感器，清扫机构内嵌毛刷对光伏表面旋转除尘，热传感器对掠过光伏表面温度进行扫描测判；该机器人集光伏组件表面积尘、积沙等清扫与热斑检测功能于一体，并通过自带光伏板发电并通过控制模块中电源管理单元进行管理。

2.根据权利要求1所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：防越位护栏可防止清扫机构失控脱离本体，清刷梳可在移动平台运行至下一工位过程中，对本轮清扫结束的毛刷进行清理，为下一工位清扫工作做准备；所述清刷梳采用弹性好硬度适中的材料，每排清刷梳之间留有空隙便于梳理后的尘土落下。

3.根据权利要求1所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：矩形框架长边采用“凸”字形铝合金长杆作为清扫车轨，与清扫机构“凹”字形车轮配合起导向限位作用；矩形框架长边与光伏组件相交处安装有两对行走轮，一对为行走主轮，由第一电机通过伞齿轮传动左右行走，另一对为行走辅轮也即从动轮；移动平台沿着光伏组件上下侧壁设有对称四只挂轮，可沿侧壁滚动，起限位作用；移动平台在每侧挂轮之间设有防覆耳，防覆耳伸入光伏组件底侧。

4.根据权利要求1所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：所述清扫机构为一矩形小车，横跨在移动平台上，内嵌有两个滚动清洁毛刷和一块梯形遮灰罩；清扫机构通过第二电机轴上的伞齿轮与清扫主轮啮合传动按程序沿组件表面上下运行；清洁毛刷采用软质和半硬质两种相互配合，以满足表面不同清扫需求；清洁毛刷通过第三电机轴齿轮和传动齿轮与毛刷齿轮啮合，使得清洁毛刷同向旋转清扫。

5.根据权利要求4所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：清洁毛刷上部安装有遮灰罩；清扫机构两个直角处安装有两个距离传感器，第一距离传感器用于移动平台左右移动过程中对经过组件数量计数，并形成当前坐标信息，当机器人发生故障在光伏组件上停车时，可将报警信号及当前位置信息发送至电站运维平台方便管理人员查找；第二距离传感器在清扫机构跨越光伏组件边界线时，可按程序控制减速精确停车或反向做往复清扫。

6.根据权利要求4所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：为防止大风天气导致小车倾覆，设有U型支架在移动平台框架下侧与光伏组件表面之间，跨接于清扫主轮和清扫辅轮轴外侧；清扫主轮的U型支架上均布若干个热传感器，在清扫过程中对光伏组件表面温度进行实时扫描检测，当检测到光伏组件局部温度过高时，将报警信号、光伏组件温度及当前位置信息发送至云平台及电站运维平台以便于管理人员及时处理。

7.根据权利要求4所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：所述清扫机构上边沿安装有小型360°无死角监控摄像机，摄像机可遥控操作，当光伏组件表面发生热斑效应或其他影响光伏组件和运维机器人正常工作情况时，后台管理员可遥控打开摄像机，第一时间了解现场状况，摄像机带有旋转保护盖。

8.根据权利要求1所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：所述控制模块负责整个清洁工作的协调安排和对外通讯，控制模块系统集成多元化管理，电源管理单元可对电池充放电进行管理，并具有性能分析和数据传输功能；电机控制单元基于PLC的直流脉宽调速系统，利用PLC的PWM功能指令,可在PLC的相应输出端输出占空比可调的PWM信号作用于驱动电路,控制PWM变换器主电路相应桥臂开关管的导通和关断,从而控制直流电机电枢上的电压,实现电机的PWM调速；通讯单元具有休眠、手动和自动等多种模式选择，并具有开机自检，故障报警，完工汇报功能；可通过无线模块与手持式调试设备或数据线与移动电脑连接对控制模块进行参数设置和系统升级。

9.根据权利要求8所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：同时控制模块可以与光伏电站云平台通讯，一方面获取即时指令、气象信息和负责维护区域组件信息，另一方面可将光伏组件位置信息、清扫信息、组件表面温度、电池电量、电机温度和监控视频上传后台系统。

10.根据权利要求1所述的光伏智能运维机器人，其特征在于：所述自供电模块采用一块单晶硅太阳能电池板，安装于移动平台上部，控制模块和电池组封装在自带光伏板下侧，通过控制模块中电源管理单元对电池组进行充放电管理，为运维机器人正常工作提供动力来源。