CN105598114B - 一种光伏组件清洗装置及其清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏组件清洗装置，包括行走机构和清洗机构，行走机构包括主体框架、横向动力组件、纵向动力组件；主体框架通过上定位轮组、下定位轮组限位在光伏组件的上、下边框，横向动力组件包括横向电机、与横向电机相连的传动轴、设于传动轴上的主动轮以及从动轮，纵向动力组件包括纵向电机、与纵向电机相连的双槽绕线轮、张紧装置、定滑轮以及牵引绳，牵引绳与清洗机构底端相连，经定滑轮变向后绕设在双槽绕线轮、从双槽绕线轮绕出后与清洗机构顶端相连；清洗机构外壁通过万向球与主体框架内壁接触相连并通过滚轮反向支撑在主体框架上。本发明提供的行走机构能够带动清洗机构进行横向行走和纵向行走，实现清洗机构对光伏组件的分段式清洗。
Description
技术领域
本发明属于光伏电站领域，具体是一种用于光伏组件清洗的清洗装置及其清洗方法。
背景技术
随着光伏产业的发展，全世界范围内的太阳能电站装机容量均在不断的提升。如何在同等装机容量的条件下，提高光伏电站的发电效率便尤为重要。由于太阳能电池板一般都安装在屋顶甚至荒漠地区，灰尘和污垢较多，灰尘和污垢积累在太阳能板上会遮挡阳光，造成太阳能板的发电效率下降。因此，若能够对太阳能电池板进行有效的清洗，必然可以在同等装机容量下进一步的提高光伏电站的发电效率。
目前市场上清洗太阳能电池板组件的设备基本都是在光伏组件的侧面架设一外部行走机构，在外部行走机构的机架上设置一根整体式的滚刷，在外部行走机构沿光伏组件的横向方向行走时，通过滚刷对组件进行清洗。在清洗时需要大量的水，不能适用于西部缺水的地区。而如果不用采用水清洗方式，滚刷在清洗时扬起的灰土较难处理，灰尘会再次落在组件上，造成二次污染，清洗效率大大降低，同时由于光伏组件安装过程中的不平整导致传统滚刷在清洗时不干净，且行走困难，对整个设备造成损害。传统的行走机构采用齿轮齿条或同步轮加同步带的方式，不仅成本较高且需要定期保养，难以适用于室外恶劣的工作环境。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种光伏组件清洗的清洗装置及其清洗方法，使得光伏组件的清洗效率得到显著提高。
技术方案：本发明所述光伏组件清洗装置，包括跨接在光伏组件上的行走机构以及设置在行走机构上的清洗机构，所述行走机构包括主体框架、横向动力组件、纵向动力组件；主体框架一端通过弹簧减震机构连接上定位轮组限位在光伏组件的上边框、另一端通过下定位轮组限位在光伏组件的下边框，横向动力组件包括设于主体框架一侧的横向电机、与横向电机相连的传动轴、均匀分别在传动轴上的主动轮以及设于主体框架另一侧的从动轮，纵向动力组件包括设置在主体框架内一端的纵向电机、与纵向电机相连的双槽绕线轮、设置在主体框架内另一端的张紧装置、与张紧装置相连的定滑轮以及牵引绳，牵引绳一端与所述清洗机构底端相连，经过定滑轮变向后绕设在双槽绕线轮的一个槽上、从双槽绕线轮的另一槽绕出后与所述清洗机构顶端相连；所述清洗机构外壁通过万向球与所述主体框架内壁接触相连并通过滚轮反向支撑在所述主体框架上；
所述横向电机驱动所述主体框架一侧的主动轮并带动另一侧的从动轮使所述主体框架在光伏组件上做横向运动，所述清洗机构通过所述万向球跟随所述主体框架横向运动对光伏组件进行清洗并使得所述滚轮在所述主体框架上保持悬浮，所述纵向电机带动钢丝绳牵引所述清洗机构通过所述滚轮在所述主体框架上做纵向运动。
行走机构设有横向动力组件和纵向动力组件，横向动力组件用于带动清洗机构在光伏组件表面沿横向往返运动，纵向动力组件用于带动清洗机构在主体框架内做纵向运动，由此实现分段式清洗，并最终实现整个光伏组件表面的清洗。清洗机构通过嵌入侧面的万向球与主体框架接触相连并通过滚轮反向支撑在所述主体框架上，当清洗光伏组件时，清洗机构利用自身重力支撑在光伏组件表面使得其内的清洗组件与光伏组件接触，此时清洗机构上安装的滚轮与主体框架保持悬浮，清洗机构通过侧面安装的万向球与行走机构的主体框架接触，随着行走机构横向运动同步运动，在此过程中，由于清洗机构自身的重力，滚刷与光伏组件紧密贴合，在清洗两块安装不平整的组件时，壳体能够通过万向球在光伏组件表面上下运动，防止由于两块光伏组件安装不平整导致局部清洗不到的现象。当不清洗组件时，清洗机构通过滚轮支撑在行走机构的主体框架上，可以实现清洗机构沿主体框架的纵向行走，移动到下一段未清洗区域，实现分段式清洗。
进一步完善上述技术方案，所述主体框架采用铝合金矩形管制成，所述传动轴采用两根铝合金轴对接而成、对接处通过柔性联轴器连接，所述主动轮采用铝质裹胶轮，所述主动轮为三个、所述从动轮与所述主动轮对应设置，所述牵引绳为钢丝绳。采用用铝合金材质矩形管制作的主体框架，具有重量轻、耐腐蚀、强度高等优点；由于主体框架跨接在光伏组件上、纵向长度较长，为满足传动需求，将传动轴做成两根、之间用柔性联轴器连接，以解决因形变引起的同轴度偏差问题，设置三个主动轮和三个从动轮，分散传动压力，采用铝合金材质的传动轴，有利于减轻结构重量。
进一步地，所述清洗机构包括清洗机架、设置在清洗机架内部的清洗组件和灰尘处理装置，所述滚轮设置在清洗机架四角、所述万向球设置在清洗机架两侧壁；所述清洗组件包括至少一组滚刷组件以及带动滚刷组件滚动的清洗电机，每组滚刷组件包括两个滚刷，两个滚刷分别在清洗电机的带动下在光伏组件的表面相向转动，将光伏组件上的灰尘清扫至由两个滚刷与光伏组件形成的封闭空间内，所述灰尘处理装置将该封闭空间内的灰尘清扫排出。设置两个滚刷相对转动将灰尘清扫至封闭空间内并通过灰尘处理装置及时处理，能够防止滚刷清洗时造成的扬尘再次落在光伏组件上形成二次污染，无需水洗即可确保清除光伏组件的灰尘；同时两个滚刷相对转动可以抵消滚刷在光伏组件上的摩擦力，减少行走机构的阻力，还可提高清洗效果；
进一步地，所述万向球为四个，对称设置在所述壳体与所述外部行走机构的机架靠近的两侧面上，所述灰尘处理装置包括风机、积灰盒及滤芯，所述风机将封闭空间内的灰尘吸入积灰盒内，并通过滤芯将灰尘过滤排出空气，灰尘收集在所述积灰盒内。
为了方便对行走机构的控制，还包括与行走机构相连的太阳能供电机构和智能运行控制机构，太阳能供电机构包括小光伏板、蓄电池和充放电控制器，小光伏板吸收太阳能发电，通过充放电控制器存储至蓄电池，同时充放电控制器将蓄电池提供智能控制***，智能控制***自动控制行走机构的运行行程、方向以及清洗机构的清洗方式、清洗时间。
利用上述装置对光伏组件进行清洗的方法包括如下步骤：
（1）将主体框架一端通过上定位轮安装在光伏组件的上边框、另一端通过下定位轮安装在光伏组件的下边框，初始时主体框架设置在光伏组件一侧；
（2）启动横向电机，横向电机驱动主动轮并带动从动轮使主体框架在光伏组件上做横向运动，清洗机构通过与主体框架接触相连的万向球跟随主体框架横向运动，此时清洗机构利用自身重力支撑在光伏组件表面使得清洗机构滚轮在主体框架上保持悬浮，启动清洗电机，清洗机构内的两个滚刷分别在清洗电机的带动下在光伏组件的表面相向转动，将光伏组件上的灰尘清扫至由两个滚刷与光伏组件形成的封闭空间内，清洗机构的灰尘处理装置将该封闭空间内的灰尘吸走并过滤后排出；
（3）当主体框架从光伏组件的一侧运动到另一侧时，停止横向电机，此时清洗机构离开光伏组件表面通过滚轮反向支撑在主体框架上，执行步骤（4）；
（4）启动纵向电机，纵向电机带动牵引绳牵引清洗机构纵向移动一个清洗机构机位的行程，停止纵向电机；
（5）重复步骤（2）、（3）、（4），横向电机带动主体框架在光伏组件上往返运动，纵向电机带动清洗机构在主体框架内纵向运动，直至清洗机构完成整个光伏组件的清洗。
有益效果：（1）本发明提供的行走机构能够带动清洗机构进行横向行走和纵向行走，实现清洗机构对光伏组件的分段式清洗；在清洗机构的清洗过程中，利用自身重力与光伏组件表面进行紧密接触，采用相向转动的滚刷和灰尘处理装置，使得光伏组件的清洗效率得到显著提高。
（2）本发明采用上定位轮组、下定位轮组限位在光伏组件的边框上，防止清洗机构因在光伏组件上行走时各点受力不均，导致上下运动不同步、发生倾斜，同时避免了清洗装置因倾斜从光伏组件上跌落，造成卡死；上定位轮连接有弹簧减震机构，使得在光伏组件上遇到障碍时，能够通过压缩弹簧减震机构消除冲击力迈过障碍，从而大大加强清洗装置的行走稳定性。
（3）本发明中清洗组件通过万向球与行走机构的主体框架接触配合，能够实现在光伏组件表面的横向、纵向、上下等多方向运动，进一步保证清洗效率和行走稳定性。
（4）本发明整体结构简单、重量轻、耐腐蚀性强，能够适应恶劣的室外环境；采用电机驱动，行走稳定，清洁效率高，便于维护。
附图说明
图1为本发明所述行走机构的正面结构示意图；
图2为图1中两端的结构示意图；
图3为图1中顶端的放大结构示意图；
图4为本发明所述行走机构的反面结构示意图；
图5为清洗机构的正面结构示意图；
图6为清洗机构的反面结构示意图；
图7为清洗机构安装在行走机构上进行清洗的状态示意图；
图8为清洗机构安装在行走机构上非清洗的状态示意图；
图9为清洗机构安装在行走机构上的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种光伏组件清洗装置，包括行走机构、清洗机构，与行走机构相连的太阳能供电机构和智能运行控制机构。
如图1至图4所示，行走机构包括设置在光伏组件上的主体框架11，主体框架11呈矩形，由铝合金材质矩形管制作，具有重量轻、耐腐蚀、强度高的优点，主体框架外侧设有横向动力组件，内侧设置清洗机构并形成清洗机构的纵向运动区间。横向动力组件包括设置在一外侧底部的横向电机12、与横向电机12相连的传动轴15、均匀分布在传动轴15上的三个主动轮16以及设于另一外侧与主动轮16对应的从动轮17；为了满足更好地支撑在光伏组件上，传动轴15采用两根铝合金轴对接而成、中间通过柔性联轴器18连接，采用铝合金材质制成、减轻了结构重量，两根对接而成、满足更长的需求，采用柔性联轴器18连接、避免因形变引起的同轴度偏差问题，主动轮16采用铝质裹胶轮，耐摩擦、耐候性好，同时具有一定弹性，在行走过程中起到一定的缓冲作用。在主体边框底端设置一组下定位轮14、顶端通过弹簧减震机构19连接一组上定位轮13，上定位轮13、下定位轮14与主动轮16、从动轮17设置方向垂直，用于分别卡设在光伏组件的上框架、下框架并沿其滑动，由于光伏组件在施工时、光伏组件之间的安装位置存在差异，清洗机构在行走机构的带动在光伏组件方阵上行走时各点受力不均，导致上下运动不同步、发生倾斜，通过设置上定位轮13、下定位轮14，能够避免因倾斜而导致从上部组件从光伏组件上跌落、造成卡死。在清洗过程中由于上定位轮13受力较大，如遇到障碍（如光伏组件安装不水平造成的台阶），很容易卡住，因此增设弹簧减震机构19，使得清洗机构即使遇到障碍，也能通过压缩弹簧消除冲击力迈过障碍，从而大大加强行走机构的稳定性。
如图5至图8所示，清洗机构包括清洗机架21、设置在清洗机架21四角的滚轮23、设置在清洗机架21两侧壁的万向球22以及设置在清洗机架21内部的清洗组件和灰尘处理装置26。滚轮23设置在清洗机架21四角外侧使得清洗机架21在清洗光伏组件时悬浮在行走机构主体框架11上方、在不清洗组件时实现清洗机架21沿行走机构主体框架11的纵向运动，万向球22为四个、设置在清洗机架21与主体框架11相邻的侧壁上，清洗光伏组件时清洗机构利用自身重力与光伏组件紧密贴合，并通过侧壁的万向球22在光伏组件上下运动，防止由于两块光伏组件安装不平整导致光伏组件局部清洗不到的现象。清洗组件包括一组滚刷组件以及带动滚刷组件滚动的清洗电机；每组滚刷组件由两个与行走机构的行走方向垂直的滚刷25组成，每组滚刷组件的两个滚刷25分别在滚刷电机的带动下在光伏组件的表面相向转动，将光伏组件上的灰尘清扫至由两个滚刷25与光伏组件形成的相对封闭空间内，灰尘集中在两个滚刷25之间，再通过两个滚刷25之间的灰尘处理装置26将灰尘吸走并过滤后排出，可以防止滚刷25清洗光伏组件时造成的扬尘再次落在光伏组件上形成二次污染，无需水洗即可确保清除光伏组件的灰尘。同时，两个滚刷25相对转动可以抵消滚刷25在光伏组件上的摩擦力，减少外部行走机构的阻力，还可提高清洗效果。灰尘处理装置26包括风机、积灰盒及滤芯，风机将封闭空间内的灰尘吸入积灰盒内，并通过滤芯将灰尘过滤排出空气，灰尘收集在所述积灰盒内。
如图9所示，清洗机构随着行走机构沿光伏组件横向方向同步运动并对光伏组件进行清洗，当行走机构的主体框架11从光伏组件的一侧到达另一侧时，纵向动力组件带动清洗机构在主体框架11上沿纵向运动一个清洗机构长度方向的行程对下一段进行清洗。纵向动力组件包括设置在长横杆中部的纵向电机32、与纵向电机32相连的双槽绕线轮31、通过张紧机构35安装在短横杆中部的定滑轮34以及钢丝绳33，钢丝绳33一端与清洗机构清洗机架21底端中部相连，经过定滑轮34变向后绕设在双槽绕线轮31的一个槽上、从双槽绕线轮31的另一槽绕出后与清洗机构清洗机架21顶端中部相连，钢丝绳33两头分别按顺时针、逆时针方式绕在双槽绕线轮31上，当纵向电机32带动双槽绕线轮31旋转时，钢丝绳33一头放松一头收紧，通过纵向电机32正反转实现钢丝绳33上下移动从而带动清洗机构的清洗机架21在主体框架上的纵向行走。张紧装置在弹簧作用下具有一定的张紧力，以防止钢丝绳33下垂及受力变形后伸长；同时能够实现自动调整由于钢丝绳33缠绕在双槽绕线轮31的股数不同，导致线速度不一，出现收的快放的慢或收的慢放的快等现象。
太阳能供电机构包括小光伏板、蓄电池和充放电控制器，小光伏板吸收太阳能发电，通过充放电控制器存储至蓄电池，同时充放电控制器将蓄电池提供至智能控制***，自动控制行走机构的运行行程、方向以及清洗机构的清洗方式、清洗时间等。
本发明提供的光伏组件清洗装置的清洗方法，包括如下步骤：
（1）将主体框架一端通过上定位轮安装在光伏组件的上边框、另一端通过下定位轮安装在光伏组件的下边框，初始时主体框架设置在光伏组件一侧；
（2）启动横向电机，横向电机驱动主动轮并带动从动轮使主体框架在光伏组件上做横向运动，清洗机构通过与主体框架接触相连的万向球跟随主体框架横向运动，此时清洗机构利用自身重力支撑在光伏组件表面使得清洗机构滚轮在主体框架上保持悬浮，启动清洗电机，清洗机构内的两个滚刷分别在清洗电机的带动下在光伏组件的表面相向转动，将光伏组件上的灰尘清扫至由两个滚刷与光伏组件形成的封闭空间内，清洗机构的灰尘处理装置将该封闭空间内的灰尘吸走并过滤后排出；
（3）当主体框架从光伏组件的一侧运动到另一侧时，停止横向电机，此时清洗机构离开光伏组件表面通过滚轮反向支撑在主体框架上，执行步骤（4）；
（4）启动纵向电机，纵向电机带动牵引绳牵引清洗机构纵向移动一个清洗机构机位的行程，停止纵向电机；
（5）重复步骤（2）、（3）、（4），横向电机带动主体框架在光伏组件上往返运动，纵向电机带动清洗机构在主体框架内纵向运动，直至清洗机构完成整个光伏组件的清洗。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (5)
1.一种光伏组件清洗装置，包括跨接在光伏组件上的行走机构以及设置在行走机构上的清洗机构，其特征在于：所述行走机构包括主体框架、横向动力组件、纵向动力组件；主体框架一端通过弹簧减震机构连接上定位轮组限位在光伏组件的上边框、另一端通过下定位轮组限位在光伏组件的下边框，横向动力组件包括设于主体框架一侧的横向电机、与横向电机相连的传动轴、均匀分别在传动轴上的主动轮以及设于主体框架另一侧的从动轮，纵向动力组件包括设置在主体框架内一端的纵向电机、与纵向电机相连的双槽绕线轮、设置在主体框架内另一端的张紧装置、与张紧装置相连的定滑轮以及牵引绳，牵引绳一端与所述清洗机构底端相连，经过定滑轮变向后绕设在双槽绕线轮的一个槽上、从双槽绕线轮的另一槽绕出后与所述清洗机构顶端相连；所述清洗机构外壁通过万向球与所述主体框架内壁接触相连并通过滚轮反向支撑在所述主体框架上；
所述横向电机驱动所述主体框架一侧的主动轮并带动另一侧的从动轮使所述主体框架在光伏组件上做横向运动，所述清洗机构通过所述万向球跟随所述主体框架横向运动对光伏组件进行清洗并使得所述滚轮在所述主体框架上保持悬浮，所述纵向电机带动钢丝绳牵引所述清洗机构通过所述滚轮在所述主体框架上做纵向运动；
所述清洗机构包括清洗机架、设置在清洗机架内部的清洗组件和灰尘处理装置，所述滚轮设置在清洗机架四角、所述万向球设置在清洗机架两侧壁；所述清洗组件包括至少一组滚刷组件以及带动滚刷组件滚动的清洗电机，每组滚刷组件包括两个滚刷，两个滚刷分别在清洗电机的带动下在光伏组件的表面相向转动，将光伏组件上的灰尘清扫至由两个滚刷与光伏组件形成的封闭空间内，所述灰尘处理装置将该封闭空间内的灰尘清扫排出。
2.根据权利要求1所述的光伏组件清洗装置，其特征在于：所述主体框架采用铝合金矩形管制成，所述传动轴采用两根铝合金轴对接而成、对接处通过柔性联轴器连接，所述主动轮采用铝质裹胶轮，所述主动轮为三个、所述从动轮与所述主动轮对应设置，所述牵引绳为钢丝绳。
3.根据权利要求1所述的光伏组件清洗装置，其特征在于：所述万向球为四个，对称设置在所述清洗机架与所述主体框架的机架靠近的两侧面上，所述灰尘处理装置包括风机、积灰盒及滤芯，所述风机将封闭空间内的灰尘吸入积灰盒内，并通过滤芯将灰尘过滤排出空气，灰尘收集在所述积灰盒内。
4.根据权利要求1所述的光伏组件清洗装置，其特征在于：还包括与行走机构相连的太阳能供电机构和智能运行控制机构，太阳能供电机构包括小光伏板、蓄电池和充放电控制器，小光伏板吸收太阳能发电，通过充放电控制器存储至蓄电池，同时充放电控制器将蓄电池提供智能控制***，智能控制***自动控制行走机构的运行行程、方向以及清洗机构的清洗方式、清洗时间。
5.一种用于上述权利要求1至4任一所述光伏组件清洗装置的清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将主体框架一端通过上定位轮安装在光伏组件的上边框、另一端通过下定位轮安装在光伏组件的下边框，初始时主体框架设置在光伏组件一侧；
（2）启动横向电机，横向电机驱动主动轮并带动从动轮使主体框架在光伏组件上做横向运动，清洗机构通过与主体框架接触相连的万向球跟随主体框架横向运动，此时清洗机构利用自身重力支撑在光伏组件表面使得清洗机构滚轮在主体框架上保持悬浮，启动清洗电机，清洗机构内的两个滚刷分别在清洗电机的带动下在光伏组件的表面相向转动，将光伏组件上的灰尘清扫至由两个滚刷与光伏组件形成的封闭空间内，清洗机构的灰尘处理装置将该封闭空间内的灰尘吸走并过滤排出；
（3）当主体框架从光伏组件的一侧运动到另一侧时，停止横向电机，此时清洗机构离开光伏组件表面通过滚轮反向支撑在主体框架上，执行步骤（4）；
（4）启动纵向电机，纵向电机带动牵引绳牵引清洗机构纵向移动一个清洗机构机位的行程，停止纵向电机；
（5）重复步骤（2）、（3）、（4），横向电机带动主体框架在光伏组件上往返运动，纵向电机带动清洗机构在主体框架内纵向运动，直至清洗机构完成整个光伏组件的清洗。
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