光伏电站自动养护机器人的设计与研究

江苏省如东中等专业学校，江苏南通，226000

摘 要：太阳能是一种清洁、可再生能源，随着全球性资源匮乏问题越来越严重，人们对于可再生能源的应用研究更加深入。光伏电站利用太阳能转化为电能供给人们使用，我国青海、甘肃等地区分布相对广泛。光伏电站中的光伏组件是决定太阳能转化效率的直接影响因素，定期对其进行灰尘清扫工作能够有效的保证光伏电站的发电效率，降低资源损失。采用自动养护机器人，能够高效处理表面积灰问题。

关键词：光伏电站；自动养护机器人；设计；研究

引言

随着社会发展水平的不断提升，科学技术快速发展，人们对于清洁能源的重视程度越来越高。太阳能作为迄今为止最重要的清洁能源，利用光伏电站对太阳能进行利用，能有效的提升太阳能利用率，使得光伏发电产业进入新的发展时期。光伏组件是太阳能转化为电能的核心部件，也是直接决定太阳能转化电能效率的组件。

1 光伏电站现状

我国的光伏电站大部分设置在戈壁或者沙漠地区，太阳能资源丰富，长年光照时间达3000小时以上。但是，在这些地区风沙较大，尤其在春秋季节天气条件恶劣，造成光伏组件表面大量灰尘，严重影响光伏组件的发电效率。自动养护机器人能够实现自动定期对光伏组件表面进行积灰清理工作，不需要水的参与即可完成90%以上的清扫率，大幅度提升光伏组件的发电效率，控制清扫成本。

2 光伏电站自动养护机器人设计

2.1 控制系统设计

为了保证光伏电站自动养护机器人能够适应光伏电站的实际环境要求，提升自动养护机器人的可靠性和高效性，分别对自动养护机器人的行走结构、清扫结构和绞缆结构进行系统模块化设计，最后集中成为机器人本体。为了避免行走轮在光伏组件行走留下印记，选择采用高摩擦系数的轮子作为行走装置。在清扫过程中，选择软毛毛刷在光伏组件上进行滚动清扫，避免刮伤光伏组件。由于西北地区长年风力较大，机器人设备相对较轻，因此在侧面增加防倾覆轮，防止大风影响。在机器人上增加位置传感器，提升机器人对于位置判断的准确度。同时机器人的使用环境在户外，必须注意防水防尘的问题，设置的防护等级为IP65以上，具备自充电能力。

2.2 结构设计

2.2.1 矩形框架

矩形框架是由两个横梁和立梁组成，上下结构为横梁，采用铸铁制造，表面呈黑色处理，利用铸铁结构能够保证整体框架的牢固程度，采取一定的防腐蚀措施。左右结构为立梁，形成的是钢制导轨，清扫结构固定在钢导軌上，连接绞缆结构，自动实现上拉和下放操作，清扫结构能够沿导轨上下移动，不存在绞缆结构拉偏的现象。

2.2.2 行走结构

行走结构由行走电机、启动轮、从动轮以及传动齿带组成。行走结构是机器人转移自身位置的控制器，能够控制机器人前进或者后退。系统的能量来源为蓄电池供能，采用直流伺服电机作为行走电机，上下驱动保证各项参数相同，包括安装功率、转矩和减速比完全一致。

2.2.3 绞缆结构

绞缆结构是实现清扫机上拉和下放的基础，包括绞缆电机、缆绳、绞缆轴、滚筒四个部分。选择绞缆电机功率和力矩结构时应当结合清扫机构重力作为参考依据，绞缆电机采用直流步进电机保证正常的控制工作。在接收到清扫命令时，绞缆电机经皮带传动作用带动绞缆轴转动。这时绞缆轴将会沿着统一方向转动，缆绳在滚筒控制方向的前提下沿着导向槽卷起，同时缆绳提拉清扫结构，在达到最顶端后，绞缆电机将会自动反转，清扫结构在缆绳下放时向下移动，沿着光伏板向下清扫，将积灰清除。

2.2.4 清扫结构

清扫机构是清扫光伏组件的主要部件，能够全面的对表面积尘有效清理。清扫车是由清扫电机、皮带轮和清扫刷组成的。清扫车由于小轮子的控制作用固定于矩形框架上实现绞缆机构上下控制。在开始清扫过程时，绞缆结构提拉清扫车向上滑动，此时清扫机构不运行，在移动至顶端之后，绞缆车开始下放，清扫机构则开始运行向下移动，清除光伏板上的积灰，将积灰逐步的清理至地面，当清扫结构移动至最低端时，感应器提示绞缆车停止工作，清扫车告诉转动，配合下方自清洁横杆清洁自身表面尘土。清扫刷停止运行后，行走结构能够带动机器人移动至下一个清扫光电板处，重复上一清扫环节。

2.2.5 辅助结构

辅助结构是提供机器人不工作状态时的放置工作的。由于白天光电板需要接收太阳能进行发电作业，因此为了提升发电效率，避免出现“光斑效应”降低光伏板使用时间，在清扫时一般选择在夜间进行。因为机器人需要为自身提供自充电操作，因此在白天不需执行清扫任务时，主要是自身充电。在辅助结构内，设置有特殊加工的材料，在该位置机器人能挂钩实现充电过程，并且执行完成清扫工作后，机器人能够直接移动至该位置。

3 光伏电站自动养护机器人的研究

通过对光伏电站实际情况的研究和分析，自动养护机器人的研究方向应当保证具备快速的响应速度，当出现沙尘暴天气时，必须在最短时间内清洁完成。同时保证操作的高度自动化运行，机器人能够实现自我移动充电，尽可能降低养护机器人本身的重量，降低其开展清扫工作时对光电板造成的冲击影响，提升光伏电站总体的工作效率。

4 结语

光伏电站自动养护机器人是光伏电站应用最广泛的设备，相对传统的人工清理工作效率高、成本投入小，避免在清扫过程中出现人身伤害事件，降低光伏电站整体的投入总量。高智能化、高自动化的自动养护机器人是未来的发展方向，是保证整体光伏电站发电效率的良好工具，具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 李笑梅.光伏组件清扫机器人[J].中国专利，2013（11）：39-39.

[2] 王海峰.是用于大规模光伏阵列的无水清扫机器人[J].可再生能源，2015（10）：1439-1444.

作者简介：

朱赵慧娟/女/1987年生/江苏南通人/本科/助理讲师/研究方向为机电