一种光伏面板智能清洁系统的制作方法

1.本发明属于光伏发电技术领域，尤其是涉及一种光伏面板智能清洁系统。


背景技术：

2.近几年，太阳能光伏作为一种可再生清洁能源，已成为当今全球能源变革的重要力量。对光伏电站来说，太阳能电池板表面容易积累风沙、灰尘等污垢，是影响发电量的重要因素，不仅会减少组件接受的光辐照量、影响系统效率、降低发电量，若没有及时科学专业的清洁，最高可导致组件发电功率衰减40％-60％，发电量下降20％-30％，局部遮蔽还会引起热斑效应、造成发电量损失、影响组价的寿命，同时造成安全隐患。
3.光伏电站内的平单轴光伏组件呈多排排列设置，该平单轴光伏组件包括多根立柱及安装于立柱上的光伏板，传统的人工清扫清扫方式会由于清扫不及时、效率低等原因使光伏板表面灰尘或杂物得不到及时的清理，严重影响发电量，同时，未得到清理的杂物可能会对光伏板表面形成热斑效应。为适应平单轴光伏组件长度大和各单排间距较为统一的结构化分布特点，需要解决跨排的连续清扫作业问题。


技术实现要素：

4.本发明为了克服现有技术的不足，提供一种可连续清扫的光伏面板智能清洁系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种光伏面板智能清洁系统，包括
6.运行轨道，沿多组平单轴光伏组件的铺设方向布置，其中平单轴光伏组件包括多根立柱及设于所述立柱上的光伏板，且所述运行轨道设于所述立柱上；
7.清扫机器人，可移动设置于运行轨道上，用于对途经的平单轴光伏组件进行清洁；
8.网络传输模块，用于进行清扫机器人与现场基站的数据传输；
9.后端运维平台，用于控制该智能清洁系统的工作。
10.进一步的，所述运行轨道包括沿平单轴光伏组件长度方向布置的直轨段及用于连接相邻的两组所述直轨段的弯轨道，所述直轨段位于相邻两组平单轴光伏组件之间，且所述弯轨段与直轨段配合以使得运行轨道呈“s”形沿多排平单轴光伏组件的排列方向延伸。
11.进一步的，所述运行轨道由两条间隔设置的分轨组成，以相邻两排直轨段的中心线之间的间距为d1，所述弯轨段包括两个分别与相邻直轨段相切的弧形支段及设于两个弧形支段之间且与弧形支段相切的过渡支段，其中弧形支段的两条分轨的中分线的半径设为r，过渡支段的长度设为l0，两根分轨之间的间距设为 d2，其中(1.3-1.7)d2≤r≤0.5d1。
12.进一步的，所述运行轨道通过安装架设置于相邻两组平单轴光伏组件的立柱上，以垂直于光伏板回转中心线的平面为第一基准面，沿立柱在第一基准面上投影的轴向方向且经过光伏板回转中心线的直线为第一基准线u1，以光伏板水平状态下在第一基准面上的投影与第一基准线u1之间的最大垂直距离为y1；以安装架顶部在第一基准面上的投影至光伏板回转中心线在第一基准面上的投影点的最小距离为y2，其中y1＜y2。
13.进一步的，所述运行轨道上设置有充电模块，所述清扫机器人上设置有充电组件，当清扫机器人运动至充电模块处时，充电组件与充电模块配合为清扫机器人充电；和/或所述充电模块处设置有可标记充电模块位置的位置标签，且所述清扫机器人设置有可读取位置标签信息的读取器。
14.进一步的，所述清扫机器人包括可沿运行轨道行走的运动平台、设于所述运动平台上的机械臂及设于所述机械臂上的末端清扫组件，所述末端清扫组件在机械臂的控制下与光伏板接触；和/或所述清扫机器人的主控系统和供电系统安装在该运动平台上。
15.进一步的，所述运动平台包括设于所述运行轨道上的机架、设于所述机架上且与运行轨道配合的动轮组件及用于驱动动轮组件动作的动力组件；和/或所述动轮组件设有两组，其中一组动轮组件作为驱动轮组并由动力组件驱动，另一组动轮组件作为随动轮组；和/或所述驱动轮组、随动轮组的两个动轮分别通过差速组件连接，所述差速组件包括分别与驱动轮组、随动轮组上的动轮连接的摆臂，其中与同一轮组连接的两根摆臂通过铰链相连。
16.进一步的，所述机架的两侧分别设置有导向轮，所述导向轮的轴线竖直设置，且导向轮与运行轨道的侧边滚动接触；和/或所述机架上还设置有限位轮，所述导向轮与运行轨道的下侧面滚动接触，所述运行轨道位于限位轮与动轮之间。
17.进一步的，所述机械臂通过回转机构安装于运动平台，当清扫机器人正向清扫作业时，回转机构保持不动，机器人通过机械臂携带清扫组件，完成对第一排、第四排光伏板进行清扫作业；当机器人运动至弯轨段时，机械臂提升末端清扫组件脱离光伏板；当机器人清扫完第一排、第四排光伏板时，机械臂32执行提升动作，清扫组件脱离光伏板，并且回转机构执行180
°
旋转动作、运动平台执行反向动作，对第二排、第三排光伏板进行清扫。
18.进一步的，还包括用于检测本地光伏站的环境参数的环境检测装置，所述环境检测装置包括灰尘检测模块、雨水检测模块、温湿度检测模块、风速检测模块、供电模块及通讯模块。
19.综上所述，本发明的有益效果在于：
20.通过设置运行轨道及清扫机器人，清扫机器人沿运行轨道行走以对光伏板表面灰尘或杂物进行及时的清理，适应平单轴光伏组件长度大和各单排间距较为统一的结构化分布特点，从而解决跨排的连续清扫作业问题，保障电力安全生产，提升发电量，进而提升电站整体运行水平和盈利能力。
附图说明
21.图1为本发明的立体图。
22.图2为图1另一视角的立体图。
23.图3为图1的部分结构左视图。
24.图4为图1中运行轨道的部分结构示意图。
25.图5为图1中运行轨道另一实施方式的结构图。
26.图6为图1中回转机构的立体图。
27.图7为图1的部分结构立体图。
28.图8为图7另一视角的立体图。
29.图9为图8中a处的放大图。
30.图10为运动平台在直轨段上的状态图。
31.图11为运动平台运动至弧形支段上的状态图。
32.图12为图10中摆臂与铰链连接的结构示意图。
33.图13为轨道式智能清扫机器人正向清扫作业示意图。
34.图14为轨道式智能清扫机器人反向清扫作业示意图。
35.图15为清扫机器人的电源管理系统结构示意图。
36.图16为本发明无线充电方式示意图。
37.图17为环境检测系统组成框图。
具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
39.参考图1-2，一种光伏面板智能清洁系统，包括运行轨道10、清扫机器人 30、网络传输模块及后端运维平台；每相隔两排平单轴光伏组件20铺设有运行轨道10，其中平单轴光伏组件20包括多根立柱21及安装于立柱21上的光伏板 22，所述运行轨道10通过多组安装架23固定于相邻两组平单轴光伏组件的立柱 21上；该运行轨道10由两条间隔设置的分轨11组成，沿多组平单轴光伏组件的铺设方向布置，用于引导清扫机器人30沿平单轴光伏组件的铺设而运动。所述清扫机器人设为轨道式机器人，可移动设置于运行轨道上，当清扫机器人启动后，会按照设定频率、根据天气情况或人工下达指令情况下在运行轨道上自动行走，用于对途经的平单轴光伏组件20表面的污染物进行清洁。
40.在一些实施例中，所述网络传输模块采用自组网方式，结合有线无线通讯模式，具备频谱安全、抗干扰能力强等优点；在机器人移动端，采用电无线通信方式，数据传输到现场基站后；在现场基站到后台之间，可以通过无线，也可以通过光纤进行通信。所述后端运维平台采用b/s架构，负责数据的交互、分析和挖掘，作为本智能清洁系统的核心控制部分。
41.参考图3，在一些实施例中，所述安装架23包括两端分别与位于相邻两组平单轴光伏组件20上的立柱21连接的固定杆231及固设于固定杆上且与运行轨道10连接的的支架232；运行轨道10采用立柱21支撑的方式敷设，节省轨道的敷设成本，且轨道的布设不受地形的影响，降低轨道铺设的难度，同时安装架 23能够提高相邻两组平单轴光伏组件20的稳定性。同时运行轨道安装在立柱上，未占用地面空间，方便工作人员进场对轨及清扫机器人进行维护。
42.参考图3，在一些实施例中，以垂直于光伏板22回转中心线的平面为第一基准面，沿立柱21在第一基准面上投影的轴向方向且经过光伏板回转中心线的直线为第一基准线u1，以光伏板22水平状态下在第一基准面上的投影与第一基准线u1之间的最大垂直距离为y1；以固定杆231顶面在第一基准面上的投影至光伏板回转中心线在第一基准面上的投影点的最小距离为y2，其中y1＜y2，避免光伏板调节角度过程中与固定杆231干涉。
43.参考图1、图2、图6、图7，在一些实施例中，所述清扫机器人30包括运动平台31、机械臂32及末端清扫组件33；所述运动平台31沿运行轨道10的轨迹行走，整个清扫机器人的主控系统34和供电系统安装在该运动平台31上，其中供电系统至少包括蓄电池35；机械臂
32通过回转机构40安装于运动平台31 上，用于驱动机械臂相对运动平台360
°
旋转；所述末端清扫组件33安装于机械臂32远离运动平台31一端，所述末端清扫组件33在机械臂32的控制下与光伏板22接触，用于对光伏板22进行清洁。
44.在一些实施例中，机械臂32通过安装法兰321与回转机构40连接，其中回转机构40安装在承载平台53上，通过回转机构40实现机械臂32相对承载平台 53的360
°
旋转；该回转机构40包括回转减速器41及第二电机42；所述回转减速器41为常见的传动机构，其结构不再赘述，该回转减速器41通过固定法兰 43安装接口连接，且通过连接法兰44与安装法兰321连接以驱动机械臂32转动。所述第二电机42作为回转减速器41的动力源，用于驱动回转减速器41工作，且第二电机42由编码器控制。
45.参考图3，在一些实施例中，所述运动平台的宽度设为y3，相邻两排光伏板在水平状态下的最小距离为y4，其中1:1《y3:y4≦1:22，优选的，y3:y4＝1:19-21；最优的，y3:y4＝1:20.3。通过以上关系的限定，避免运动平台在运动过程中与光伏板发生干涉，并且使得光伏板位于机械臂的工作范围内，避免末端清扫组件 33出现清洗死角，同时使得相邻平单轴光伏组件20之间布置紧凑，实现对场地的充分应用。
46.参考图1、图2、图4，在一些实施例中，所述运行轨道10包括直轨段12 及弯轨段13；所述直轨段12沿平单轴光伏组件20的长度方向布置，且直轨段位于相邻两组平单轴光伏组件之间；所述弯轨段13连接相邻的两排直轨段12，弯轨段与直轨段配合以使得运行轨道呈“s”形沿多排平单轴光伏组件的排列方向延伸，进而运动平台31能够跨排行走，实现跨多排平单轴光伏组件顺次清扫作业，提高清洗效率。
47.参考图4，在一些实施例中，以相邻两排直轨段12的中心线之间的间距为 d1，所述弯轨段13包括两个分别与相邻直轨段12相切的弧形支段131及设于两个弧形支段131之间且与弧形支段131相切的过渡支段132，其中弧形支段131 的两条分轨的中分线的半径设为r，过渡支段132的长度设为l0，两根分轨11 之间的间距设为d2，其中(1.3-1.7)d2≤r≤0.5d1，优选的，(1.4-1.6)d2≤r≤0.5d1，最优的，1.54d2≤r≤0.5d1，使得运动平台31可由直轨段12平稳过渡至弧形支段 131。
48.参考图5，在一些实施例中，当d1＝2r时，l0＝0，相应的，弯轨段13的轨迹为一整段半圆弧形。
49.当然，对于现场存在其它场景的情况，可按现场光伏板22的设置进行运行轨道10的敷设，并且根据具体运行轨道10进行智能清扫机器人运动及清扫任务的规划。
50.参考图7，在一些实施例中，所述运动平台31包括机架311、动轮组件及动力组件；所述机架311位于两个分轨11之间，且该机架311通过两组动轮组件架设于运行轨道10上，两组动轮组件沿机架311的长度方向间隔设置，提供整个运动平台31前进的动力，其中机架311的长度方向定义为整个运动平台31 在运行轨道10上的前进方向；其中一组动轮组件作为驱动轮组并由动力组件驱动，该驱动轮组包括两个对称设于机架两侧的驱动轮312a，另一组动轮组件作为随动轮组，该随动轮组包括两个对称设于机架两侧的随动轮312b；通过只将其中一组动轮组件作为驱动轮组，减少双电机驱动时存在的直线行驶两侧不同步、弯轨段行走时难以达到设定的控制速度差等问题；当然，于其他实施例中，两组动轮组件均可设为驱动轮组，提高驱动能力。
51.参考图8和图9，在一些实施例中，所述机架311上还设置有两组导向轮组件，两组
导向轮组件沿机架311的长度方向间隔设置，每组导向轮组件包括两个对称设置于机架311两侧的导向轮314，该导向轮314的轴线竖直设置，且与分轨11朝向机架311的一侧面滚动接触，使得运动平台31整体沿两个分轨11的中心线行驶，避免运动平台31出现偏斜而导致动轮312相对运行轨道10脱落，保证运动平台31稳定行驶于运行轨道10上。
52.参考图7-9，在一些实施例中，所述机架311上还设置有两组限位轮组件，两组限位轮组件沿机架311的长度方向间隔设置，每组限位轮组件包括两个对称设置于机架311两侧的限位轮315，且限位轮315与运行轨道10下侧面滚动接触，限位轮315与动轮配合进一步提高运动平台31的稳定性。优选的，两组限位轮315之间的间距大于两组动轮312之间的间距。
53.参考图4和图10，在一些实施例中以同时经过两根分轨顶面的平面为第二基准面，驱动轮组回转中心在第二基准面上的投影与随动轮组回转中心在第二基准面上的投影之间的垂直距离为l1,其中弧形支段131的两条分轨的中分线的半径设为r；l1＝(0.4-0.7)r，优选的，l1＝(0.5-0.6)r，最优的，l1＝0.575r，使得运动平台可以在弧形支段上稳定行驶，并减小导向轮与运行轨道之间的磨损。
54.参考图14-16，在一些实施例中，所述驱动轮组、随动轮组的两个动轮分别通过差速组件连接，实现运动平台31在弯轨段13上的转弯行走；所述差速组件包括摆臂361及铰链362；所述摆臂361设有两个，该摆臂361分别与其中一个动轮连接；所述铰链362连接两个摆臂361，起到转弯导向作用；在通过弧形支段131时，前后摆臂361通过铰链362实现转角α的旋转。靠近弧形支段中心一侧的导向轮314和驱动轮行走速度慢，产生摩擦和滑移阻力；远离弧形支段中心一侧的的导向轮314和驱动轮行走速度快。其中，α的大小与弧形支段131半径、导向轮314轮距、两个铰链362的间距等参数相关。
55.该清扫机器人30顺次清扫光伏板22的工作流程为：
56.(1)当正向清扫作业时，回转机构40保持不动，机器人通过机械臂32携带末端清扫组件，完成对中第一排、第四排光伏板进行清扫作业；
57.(2)当机器人运动至弯轨段13时，机械臂32提升末端清扫组件33脱离光 rfid伏板22；
58.(3)当机器人清扫完中第一排、第四排光伏板时，机械臂32执行提升动作，清扫组件脱离光伏板22，并且啊40执行180
°
旋转动作、运动平台31执行反向动作，对第二排、第三排光伏板进行清扫。
59.参考图1、图8，在一些实施例中，所述运动平台31所需要经过的路径上布置有至少一组充电模块14，避免清扫机器人电能不足而出现无法正常工作的问题，确保清扫机器人可实现长距离持续化清扫作业；其中，充电模块14的电能直接从光伏电站配电箱内取电，其中相邻充电模块14的间距根据清扫机器人单次充电行走距离和单排平单轴光伏组件的长度设计，机架311上设置有与充电模块14相对应的充电组件37。所述充电组件37安装在机架311的下侧，待运动平台31到达充电点处后可稳定与充电模块14可靠接触实现稳定充电。
60.在一些实施例中，所述充电模块14包括两个设置在运行轨道10上的中继充电点(充电触点)，其中2个充电触点通过绝缘材料与两条分轨11固定连接，一个充电触点为正极，另一个充电触点为负极，触点采用钛合金。每个中继充电点设置有可标记充电模块位置位置标签，其中位置标签设为rfid标签。智能清扫机器人上设置有读取器，能够自动读取到位置标签信息。相应的，所述充电组件 37为固定设置在运行轨道10上且与充电触点相对应
的2个取电触点，取电触点采用钛合金。清扫机器人运动过程中，到达充电位置时，充电触点与取电触点接触。
61.在一些实施例中，所述充电模块14在运行轨道上间隔800m间隔布置，确保清扫机器人可实现长距离持续化清扫作业。当然，于其他实施例中，可根据清扫机器人的耗电情况具体设计相邻充电模块14的间隔距离。
62.在一些实施例中，所述清扫机器人上设置有电量监测模块，当清扫机器人读取到中继充电点上的位置标签时，自主判断当前电量状态，如果电量充足不需要充电，清扫机器人继续运动作业；如果当前电量不足，则清扫机器人停止运动；同时清扫机器人上的电源管理系统使能，中继充电点上的电能能够对清扫机器人的蓄电池35进行充电；当不需要充电时，清扫机器人上的电源管理系统禁能，无法对机器人进行充电。其中电源管理的的结构示意图如图15所示。
63.当然，于其他实施例中，参考图16，所述充电模块14与充电组件37采用非接触感应充电，其中充电模块14包括设置与运行轨道10上的发射控制机箱及发射线圈机箱，发射控制机箱和发射线圈机箱安装于两条轨道中间；充电组件 37包括设置于清扫机器人上的接收控制机箱和接收线圈机箱，且位于运动平台 31下方。与固定式充电相同，每个充电模块14处均设置一个位置标签，其中位置标签设为rfid标签，清扫机器人上设置有读取器，能够自动读取到标签。
64.采用非接触感应充电优点在于：充电过程中无金属充电触点和电火花，充电安全可靠，无需精确结合和无缝对准，防水防尘能力强，非接触连接以提高使用寿命。
65.在一些实施例中，所述运行轨道10的端部设置有休息区，清扫机器人执行完清扫任务后，会自动运行至休息区并稳定停靠。
66.参考图17，在一些实施例中，该智能清洁系统还包括用于检测本地光伏站的环境参数的环境检测装置，所述环境检测装置至少包括灰尘检测模块、雨水检测模块、温湿度检测模块、风速检测模块、供电模块及通讯模块，其中供电直接引自光伏站，通讯模块与机器人后台软件进行交互，为机器人的工作环境提供参考依据，环境检测装置的具体工作原理如下：
67.(1)根据光伏板上灰尘量的多少或pm2.5，与机器人后台通讯，以便及时开启机器人进行清扫作业；
68.(2)根据检测到的当前降雨量，与机器人后台通讯，来启动机器人进行清扫工作，实现有水清扫的功能；
69.(3)检测到的温湿度、风速等，用于对机器人作业环境的辅助参考。如冬季结冰、极寒、高风速等极端天气下，机器人不得进行清扫作业。
70.其中，光伏板上灰尘量可根据检测到的pm2.5进行判断获得。
71.在一些实施例中，所述环境检测装置每10排光伏板间隔设置，每排设置2 至3个，当然，具体设置可根据现场情况作调整。环境检测系统与清扫机器人组成闭环控制。
72.在一些实施例中，所述运行轨道10的端部设置有休息区，清扫机器人执行完清扫任务后，会自动运行至休息区并稳定停靠。
73.清扫机器人具体工作模式
74.(1)正常情况下、无降雨天气时，机器人晚上进行清扫，为自动工作模式。为提高清
扫效率，此时光伏板22需要配合机器人进行调整，平单轴光伏板22 全部放平，机器人进行快速清扫；
75.(2)如存在白天降水天气时，机器人根据环境检测系统采集的信息，自动开启清扫模式，为自动工作模式。为提高机器人的清扫效率，平单轴光伏板22 全部放平，机器人进行快速清扫。如根据天气预报预测，存在短时降雨，可以人工选定特定的光伏板22(前期，机器人清扫时能够自动记录下的残余污秽较多的光伏板22)；
76.(3)如需要非降水天气、白天清扫作业时，需要人工参与协助机器人启动清扫任务，为半自主工作模式。机器人启动光伏板22倾斜度监测装置，对光伏板22的倾斜度实时检测，保证作业时，清扫机构与光伏板22始终处于最佳清扫状态。
77.以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。