一种光伏组件清洁机器人及清洁方法

本技术涉及光伏组件运维清洁设备，尤其涉及一种光伏组件清洁机器人及清洁方法。

背景技术：

1、光伏组件长期露天使用，表面极易堆积沙尘、砂石及泥垢，遮挡光照从而降低发电效率。研究表明，当灰尘沉积量达到约10g/m2时，组件输出功率可下降约15%-34%。硬质砂砾长期附着还会在组件表面形成摩擦源，刮伤光伏钢化玻璃，诱发热斑故障，缩短组件使用寿命。随着全球光伏装机容量的爆发式增长，光伏组件的清洁维护已成为保障发电收益的关键环节。

2、目前光伏组件清洁主要分为人工清洁、高压水冲洗和清洁机器人清扫三类。人工清洁（包括手工擦拭、高压水枪冲洗等）存在高空作业风险大、劳动强度高、清洁效率低等缺陷，且手工擦拭易造成组件隐裂和表面划痕，高压水枪冲洗用水量大、水压控制不当同样会造成组件损伤。高压水冲洗耗水量大，在干旱缺水地区无法使用，且水洗后光伏板面自行晾干会形成水渍，长时间积累可能产生热斑效应；雨水冲洗还易造成接线盒进水短路。

3、传统清洁机器人主要存在以下技术缺陷：

4、其一，清洁方式单一，易划伤光伏玻璃。现有清洁机器人多仅依靠清洁布或滚刷直接摩擦板面，无前置除砂结构。板面上残留的硬质砂砾在擦拭过程中充当“磨料”，随清洁布或滚刷的摩擦运动反复刮擦光伏玻璃表面，长期使用会对光伏组件的防反射涂层及玻璃表面造成累积性划伤。

5、其二，行走稳定性差，存在坠落风险。现有机器人的行走机构多为滚轮结构，在倾斜光伏板面上易打滑、偏移；多数产品无可靠吸附结构，大风等恶劣天气条件下存在从板面坠落的安全隐患。

6、其三，供电与动力匹配不合理。部分产品气泵功率选型失衡--大功率气泵导致整机重量大、能耗高，小功率气泵则风压不足，无法吹走结块砂砾；内置电池容量偏小，持续工作时长短，频繁充电严重影响大面积连续清扫作业效率。

7、其四，整机笨重，灵活性差。高压供电电池体积大，占用机身大量空间，导致整机笨重，在光伏板缝隙处爬坡、跨缝的灵活性不足，难以兼顾吹扫性能、续航时长与整机轻量化需求。

8、综上所述，现有光伏清洁技术普遍存在清洁方式单一、易损伤组件、斜面行走稳定性差、供电与动力匹配不合理、整机笨重等缺陷，亟需一种能够实现“先吹后擦”双级清洁、具备负压吸附稳定行走、供电与动力科学匹配的光伏组件清洁机器人。

技术实现思路

1、本技术提供一种光伏组件清洁机器人及清洁方法，解决传统清洁设备直接擦拭划伤光伏玻璃、斜面行走易打滑脱落、吹扫动力不足、整机续航短、充电频繁的问题，实现先风力除砂、后柔性擦拭的长时间无损自动化清洁作业，所述技术方案如下：

2、本技术第一方面提供一种光伏组件清洁机器人，包括：机身壳体；行走机构，设置于所述机身壳体底部，用于带动所述机身壳体沿光伏组件表面移动；吸附系统，包括设置于所述机身壳体内的真空泵和设置于所述机身壳体底部的吸盘，所述吸附系统用于产生负压以使所述机身壳体吸附于光伏组件表面；吹扫除尘系统，设置于所述机身壳体的行进方向前端，用于在擦拭前对光伏组件表面进行风力吹扫；擦拭机构，设置于所述机身壳体底部且位于所述吹扫除尘系统的后方，用于在吹扫后对光伏组件表面进行擦拭；供电单元，设置于所述机身壳体内，用于为各用电部件供电。根据上述实施例，通过构建包含行走机构、吸附系统、吹扫除尘系统和擦拭机构的完整机器人架构，并限定吹扫除尘系统位于行进方向前端、擦拭机构位于其后，其效果在于：形成了“先风力吹扫除砂、后柔性擦拭”的双级清洁工艺路线。行走机构带动机器人沿光伏组件表面移动，吸附系统确保机器人稳定贴合板面，前置吹扫系统先清除硬质砂砾和大颗粒浮尘，后置擦拭机构再对吹扫后的板面进行精细擦拭。与传统清洁设备直接依靠清洁布或滚刷摩擦板面的方式相比，本方案通过前置吹扫剥离硬质颗粒，从根源上避免了砂石随擦拭划伤光伏钢化玻璃，实现了真正意义上的无损清洁。

3、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述行走机构包括分别设置于所述机身壳体底部左右两侧的两组履带行走组件，每组履带行走组件分别配套一台独立的驱动电机，两台驱动电机独立调速控制以实现直线行走和差速转向。根据上述实施例，通过采用左右两侧各配一台独立驱动电机的双履带行走机构，两台电机独立调速控制，其效果在于：实现了直线行走与差速转向的双模式运动能力。相较于传统单电机驱动的清洁设备，双电机独立控制使机器人能够在光伏板缝隙处灵活转向，在倾斜板面上通过左右履带速度差自动修正行走方向。橡胶履带相比滚轮结构具有更大的接地面积，能够均匀承载整机重量，行走平稳无卡顿，在倾斜光伏板面上不打滑、不偏移，同时软质橡胶履带表面无尖锐凸起，避免行走过程中刮伤光伏玻璃。

4、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述履带行走组件包括主动轮、从动轮和环绕于所述主动轮与所述从动轮外侧的闭合式橡胶履带；所述驱动电机的输出端连接减速齿轮箱，所述减速齿轮箱与所述主动轮传动连接。根据上述实施例，通过限定履带行走组件包括主动轮、从动轮、闭合式橡胶履带以及驱动电机经减速齿轮箱与主动轮传动连接，其效果在于：构建了低速大扭矩的行走传动链。减速齿轮箱将电机的高速旋转转换为履带的低速平稳转动，使机器人在光伏板面上获得稳定的行进速度，避免因速度过快导致清洁不彻底或因速度过慢影响作业效率。闭合式橡胶履带环绕于主动轮与从动轮外侧形成环形封闭结构，确保行走过程连续平稳，无脱轨风险。

5、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述吸附系统包括多组负压吸盘、负压真空泵和储气罐，所述多组负压吸盘均匀布置于所述机身壳体底部，所述负压真空泵通过管路与所述储气罐连通，所述储气罐通过多路支管分别与各组所述负压吸盘连通。根据上述实施例，通过限定吸附系统包括负压吸盘、负压真空泵和储气罐，真空泵经储气罐分流至各吸盘，其效果在于：实现了多点均匀分布的负压吸附力。真空泵产生负压后经储气罐缓冲稳压，再通过多路支管分别输送至各个吸盘，使各吸盘获得均衡的吸附力。多点吸盘均匀布置于机身底部，使整机在不同倾角的光伏板面上均能获得稳定、均匀的吸附力，抵消机身自重与户外侧风带来的推力，防止行走时打滑、偏移甚至坠落，保证清扫全程贴合板面作业。

6、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述吹扫除尘系统包括气泵、分流导气管和吹扫喷孔，所述气泵固定于所述机身壳体内，所述气泵的出气口连接所述分流导气管，所述分流导气管向下延伸至所述机身壳体底部，所述吹扫喷孔开设于所述分流导气管末端并朝向光伏组件表面布设。根据上述实施例，通过限定吹扫除尘系统包括气泵、分流导气管和吹扫喷孔，气泵出气口连接分流导气管，导气管向下延伸至机身底部末端开设喷孔，其效果在于：构建了定向、集中的风力吹扫路径。分流导气管将气泵输出的高压气流引导至机身底部前端，通过喷孔倾斜向下朝向光伏板面喷射，形成定向风力。这种“气泵-导气管-喷孔”的路径设计缩短了气流传输距离，减少了风压沿程损耗，使输出气流集中作用于板面砂砾，吹扫效果稳定可靠。

7、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述气泵为额定功率40w、额定电压24v的低压气泵，所述吹扫喷孔倾斜15°布置，吹扫覆盖范围形成连续平面风幕。根据上述实施例，通过限定气泵为额定功率40w、额定电压24v的低压气泵，吹扫喷孔倾斜15°布置，其效果在于：在吹扫力度、整机能耗与轻量化之间取得了最优平衡。40w功率可输出足以吹走结块砂砾的高压气流，解决小功率气泵风压不足的问题；24v低电压与整机供电系统直接匹配，无需变压模块，减少电能损耗。15°倾斜喷孔使气流斜向冲击板面，吹扫覆盖范围形成连续平面风幕，既加宽了吹扫宽度，又降低了灰尘二次飞扬的概率，清洁一致性强、无死角。

8、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述擦拭机构包括开设于所述机身壳体底部的可拆卸安装卡槽和装配于所述安装卡槽内的清洁布，所述清洁布的底面低于所述行走机构的底面，以使所述清洁布在行走时压紧贴合光伏组件表面。根据上述实施例，通过限定擦拭机构包括可拆卸安装卡槽和装配于卡槽内的清洁布，且清洁布底面低于行走机构底面，其效果在于：实现了清洁布在行走时的持续压紧贴合与便捷更换。清洁布底面低于履带底面，使机器人在行走过程中清洁布始终以一定压力贴合光伏板面，确保擦拭效果；可拆卸安装卡槽使清洁布拆装无需专用工具，便于后期清洗和更换。当前端气泵完成砂石吹扫预处理后，清洁布紧随其后擦拭残留细微粉尘和薄泥垢，完成二次精细清洁，且不会因砂石残留造成划伤。

9、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述供电单元为24v、20000mah的锂电池组，所述锂电池组设置于所述机身壳体内的独立密封电池仓中，所述电池仓设有防水密封圈。根据上述实施例，通过限定供电单元为24v、20000mah锂电池组并设置于独立密封电池仓中，电池仓设有防水密封圈，其效果在于：解决了户外清洁作业的续航与防护双重需求。20000mah大容量电池可支撑负压吸附、履带行走、持续风力吹扫同步长时间运行，减少中途充电频次，适配大面积光伏电站连续清扫作业。独立密封电池仓配合防水密封圈隔绝户外水汽和沙尘，防止电池受潮短路或沙尘侵蚀，同时配套过充、过放、短路保护板，提升户外作业用电安全。

10、例如，在一个实施例提供的所述光伏组件清洁机器人中，所述行走机构的驱动电机、所述吸附系统的负压真空泵和所述吹扫除尘系统的气泵均为24v直流供电部件，统一由所述锂电池组供电。根据上述实施例，通过限定行走电机、负压真空泵和吹扫气泵均为24v直流供电部件，统一由24v锂电池组供电，其效果在于：构建了电压统一的供电体系，消除了多电压转换带来的电能损耗。传统方案中不同部件可能需要不同电压等级，需要设置多个变压模块，不仅增加电路复杂度，还造成额外的电能损耗。本方案所有用电部件均为24v，直接由电池组输出供电，无需变压模块，电能利用率更高，整机运行能耗更低、体积更小巧。

11、本技术第二方面提供一种光伏组件清洁方法，采用上述的光伏组件清洁机器人，包括以下步骤：将机器人放置于光伏组件表面，启动所述吸附系统使机器人吸附于光伏组件表面；启动所述行走机构带动机器人沿光伏组件表面行进；在行进过程中，由位于行进方向前端的所述吹扫除尘系统对光伏组件表面进行风力吹扫，吹除表面的砂砾和浮尘；由位于所述吹扫除尘系统后方的所述擦拭机构对吹扫后的光伏组件表面进行擦拭。根据上述实施例，通过顺序执行吸附启动、行走启动、前置风力吹扫、后置擦拭的步骤，其效果在于：将“吹扫-擦拭”双级清洁工艺转化为可标准化、自动化的连续作业流程。机器人放置于光伏组件表面后，吸附、行走、吹扫、擦拭同步启动，在连续行进过程中完成“前置吹扫剥离砂砾→后置擦拭清除微尘”的完整清洁循环。该流程使硬质砂砾在接触清洁布之前即被风力清除，从工艺顺序上保证了清洁布始终作用于已经除砂的洁净板面，实现了全过程无损自动化清洁，适配大面积光伏电站的连续清扫作业需求。

12、与现有仅依靠清洁布或滚刷直接摩擦板面的清洁方式相比，本发明通过构建“前置风力吹扫除砂+后置柔性擦拭”的双级清洁工艺，配合负压吸附、双电机履带行走及24v统一供电架构，具有以下有益效果：

13、1. 以“先吹后擦”双级清洁工艺替代单一擦拭方式，从根源避免砂砾划伤光伏玻璃

14、本技术在机身行进方向前端设置风力吹扫除尘系统，后端设置柔性擦拭机构，形成“前置除砂、后置精擦”的连续清洁流程。吹扫系统先以高压气流剥离并吹走板面硬质砂砾和结块泥土，清洁布紧随其后仅对已除砂的洁净板面进行精细擦拭。硬质砂砾在接触清洁布之前即被风力清除，从工艺顺序上杜绝了砂石随擦拭摩擦板面的可能，避免了传统清洁方式中砂砾充当“磨料”反复刮擦光伏玻璃的缺陷，实现了对光伏组件透光层的无损清洁，有效延长组件使用寿命，保障电站长期发电收益。

15、2. 以多点负压吸附替代无吸附或简易吸附结构，实现倾斜板面的稳定贴合与安全运行

16、本技术在机身底部均匀布置多组负压吸盘，通过真空泵经储气罐分流至各吸盘形成均匀负压，使整机紧密吸附于光伏板面。在倾斜光伏板面上，负压吸附力有效抵消机身自重沿斜面方向的分力与户外侧风带来的推力，防止行走时打滑、偏移或坠落；多点均匀布设使吸附力均衡分布，即使个别吸盘因板面局部不平整而短暂失效，其余吸盘仍能维持足够的吸附力保障设备安全。橡胶履带的软质特性进一步增加了与板面的接触面积和摩擦力，与负压吸附形成“摩擦+吸附”双重防滑保障，使机器人可在各类倾角板面上稳定作业。

17、3. 以双电机独立履带行走替代单电机或滚轮行走方案，适配光伏板缝隙与倾斜板面的复杂地形

18、本技术在机身底部左右两侧各设一套独立驱动的履带行走组件，两台电机独立调速控制。直线行走时两侧履带同步运转，倾斜板面上可通过调节左右履带速度差自动修正行走方向，防止侧滑；光伏板缝隙处可实现原地差速转向，灵活跨越毫米级板间缝隙，适配地面集中、山地、屋顶分布式等各类光伏阵列场景。橡胶履带均匀承载整机重量，相比滚轮结构接地面积更大、压强更小，行走平稳无卡顿，且软质橡胶材质避免行走过程中刮伤光伏玻璃。

19、4. 以统一24v低压供电架构消除多电压转换损耗，以大容量电池保障连续作业时长

20、本技术全部用电部件--行走电机、负压真空泵、吹扫气泵--均为24v直流供电部件，统一由24v/20000mah大容量锂电池组供电。整机供电系统无需设置多级变压模块，电能从电池到用电部件的传输路径最短、损耗最小，电能利用率更高；20000mah大容量电池可支撑负压吸附、履带行走、持续风力吹扫同步长时间运行，减少中途充电频次，适配大面积光伏电站连续清扫作业需求。电池仓独立密封并配备防水密封圈及过充、过放、短路保护，保障户外风沙、潮湿环境下的用电安全。

21、5. 以40w/24v低压气泵实现吹扫力度与整机能耗的精准平衡

22、本技术采用额定功率40w、额定电压24v的低压气泵作为吹扫动力源，功率选型科学合理。40w功率可输出足以吹走结块砂砾的高压气流，解决小功率气泵风压不足的问题；24v低电压与整机供电系统直接匹配，无需额外变压模块，减少电能损耗。搭配20000mah大容量电池，整机在保障吹扫除尘效果的同时，运行功耗低、续航优势显著，克服了大功率气泵笨重耗电、小功率气泵吹扫力度不足的矛盾，实现了吹扫性能与整机轻量化的统一。