一种用于光伏组件清洗与超声检测的一体化双喷头装置

本发明属于光伏组件运维检测，更具体的说是涉及一种用于光伏组件清洗与超声检测的一体化双喷头装置及方法。

背景技术：

1、光伏组件长期工作于室外环境，受灰尘沉积、鸟粪附着、风沙侵蚀以及雨雪天气等因素影响，组件表面容易形成污染层，从而降低透光率和发电效率。因此，定期清洗已成为光伏电站运维的重要内容。

2、目前光伏组件清洗方式主要包括人工清洗、机械刷洗、高压喷水清洗以及机器人自动清洗等。其中自动喷水清洗因结构简单、对组件损伤小、适应大规模电站运维等优点而得到广泛应用。然而现有清洗设备仅能完成表面污物去除，无法检测组件内部缺陷情况。光伏组件在长期运行过程中可能出现电池片隐裂、封装层脱层、气泡、玻璃损伤以及焊带失效等问题。为保证电站安全稳定运行，可以采用无损检测技术对组件内部状态进行评估。

3、超声检测技术是一种常见的无损检测方法，通过向被测对象发射超声波并接收回波信号，实现内部缺陷识别。由于超声波在空气中的传播衰减较大，因此检测过程中通常需要采用液体耦合剂建立稳定声传播通道。现有超声检测主要采用接触式耦合方式，即在探头与被测工件之间涂覆耦合剂，并使探头与工件表面接触完成检测。该方法检测精度较高，但检测效率低，不适用于大面积光伏组件在线检测。为解决接触式检测效率低的问题，目前出现了喷水耦合超声检测技术。该技术利用水作为超声传播介质，通过喷头向被测表面持续供水，在探头与工件之间形成稳定水柱或水膜，从而实现非接触超声检测。

4、目前现有光伏组件清洗设备通常仅能完成组件表面污物去除，无法对光伏组件内部隐裂、脱层、气泡、玻璃损伤以及焊带失效等缺陷进行检测；现有喷水式超声检测装置虽然能够利用射流水柱作为超声耦合介质，实现非接触式超声检测，但其主要适用于表面状态相对稳定洁净的被测工件。当该类装置直接应用于光伏组件在线巡检场景时，由于光伏组件长期暴露于室外环境，其表面容易附着灰尘、泥沙、水斑及其他污染物，会影响超声检测喷头与光伏组件表面之间耦合水层的连续性，导致水膜厚度不均、超声回波信号衰减或波动。

5、如果仅采用传统清洗设备，需要在清洗完成后再单独进行超声检测，作业流程分散，检测效率较低；如果仅采用喷水式超声检测装置，在光伏组件表面存在污物的情况下，检测喷头形成的耦合水柱或水膜易受到表面污染物影响，难以保证稳定的超声耦合状态。

6、因此，现有技术中存在光伏组件表面清洗与内部缺陷检测相互分离、检测前表面状态难以保证等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于光伏组件清洗与超声检测的一体化双喷头装置及方法，旨在解决现有技术中光伏组件表面清洗与内部缺陷超声检测相互分离、作业效率低，以及现有喷水耦合超声检测技术在组件表面存在污染物时耦合不稳定、检测可靠性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种用于光伏组件清洗与超声检测的一体化双喷头装置，该装置包括：

4、壳体；

5、清洗喷头，设置于所述壳体上，用于向光伏组件表面喷射清洗水流，对光伏组件表面进行清洗，并在所述光伏组件表面形成连续的预湿润层；

6、耦合喷头，设置于所述壳体上，并位于所述清洗喷头沿装置运动方向的后方，用于向所述光伏组件表面喷射耦合剂，以形成用于超声波传播的检测液膜；所述耦合喷头内部集成有超声探头，所述超声探头用于发射超声波并接收回波信号；

7、其中，所述清洗喷头喷射形成的预湿润层覆盖耦合喷头的检测路径，所述检测液膜与所述预湿润层相连接，共同构成连续液体耦合通道。

8、进一步地，所述清洗喷头在所述壳体上朝向光伏组件表面倾斜布置，其喷射中心线与光伏组件表面的夹角为30°至60°。

9、进一步地，所述耦合喷头还包括：

10、气泡筛网，设置于耦合剂的入口处，用于过滤水流中的气泡；

11、整流器，设置于所述气泡筛网的下游，用于规整水流状态；

12、耦合腔，设置于所述整流器的下游；

13、主喷嘴，设置于所述耦合腔的下游，其流道为渐缩结构，用于形成稳定的射流水柱或水膜。

14、进一步地，所述超声探头与所述主喷嘴的喷射方向同轴设置。

15、进一步地，清洗喷头与后置耦合喷头之间的中心间距满足以下关系：

16、

17、其中，为喷头中心间距、为装置扫描速度、为预湿润层最大保持时间。

18、进一步地，所述清洗喷头为扇形喷嘴、实心锥喷嘴、空心锥喷嘴、多孔喷嘴、旋转喷嘴或高压脉冲喷嘴中的任意一种或其组合。

19、第二方面，本发明还提供一种光伏组件清洗与超声检测的方法，应用上述的装置，进行光伏组件清洗与超声检测，该方法包括：

20、s1：使一体化双喷头装置沿光伏组件表面移动；

21、s2：通过清洗喷头向待检测区域喷射清洗水流，去除表面污染物并形成连续的预湿润层；

22、s3：当装置移动至预湿润层区域时，通过耦合喷头喷射耦合剂，形成与预湿润层相连接的检测液膜；

23、s4：通过集成于耦合喷头内的超声探头发射超声波，超声波经由连续检测液膜和预湿润层构成的液体耦合通道进入光伏组件内部；

24、s5：接收并处理由光伏组件内部缺陷反射的回波信号，以识别和评估缺陷。

25、进一步地，还包括参数优化步骤：

26、建立综合性能优化模型，以清洗效率、耦合效率、检测信噪比和扫描作业效率中的至少一项作为优化目标；

27、将清洗喷头流量、耦合喷头流量、喷头中心间距、喷射角度和扫描速度中的至少一项作为设计变量；

28、通过优化算法求解最优运行参数，基于最优运行参数控制装置执行检测。

29、进一步地，所述综合性能优化模型为基于物理信息神经网络（pinn）构建的经验模型，该模型融合了流体动力学模型与声学传播模型。

30、综上所述，本发明提供了一种用于光伏组件清洗与超声检测的一体化双喷头装置及方法，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

31、（1）通过清洗喷头与带有超声探头的耦合喷头集成于同一装置内，使光伏组件表面清洗和内部缺陷检测能够在同一运动过程中连续完成，提高在线巡检效率；

32、（2）通过清洗喷头对待检测区域进行预清洗，减少灰尘、泥沙及表面附着污染物对超声耦合水层的影响；合理设置清洗喷头与耦合喷头的相对位置，使清洗喷头形成的预湿润区域覆盖耦合喷头对应检测区域，且预湿润区域宽度大于等于耦合喷头形成的检测液膜宽度；

33、（3）通过将超声探头集成于耦合喷头（喷水检测喷头）内部，使超声波能够沿耦合水柱或耦合水膜传播至光伏组件表面，减少传统接触式检测中探头直接接触造成的效率低和适应性差的问题；

34、（4）通过气泡筛网去除水体中微小气泡，通过整流器规整水流状态，通过锥形主喷嘴形成较为连续稳定的耦合水柱，提高超声耦合稳定性；

35、（5）通过清洗喷头和带有超声探头的耦合喷头的一体化布置，降低设备集成复杂度，便于安装在光伏巡检机器人、机械臂末端执行器或移动检测平台上。

36、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

37、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。