CN108667419A - 一种大规模光伏电站专用多功能全自动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是一种大规模光伏电站专用多功能全自动机器人,包括中枢控制***、行走***、光伏组件清洗***、光伏组件与线缆连接检查***、环境检查***及动力***,以中枢控制***为核心,其他***与中枢控制***进行数据交互。本发明具有光伏电站光伏组件清洗、检查及环境检查等多种功能,在光伏电站应用非常广泛。本发明的多功能全自动机器人是将光伏组件清洗和光伏组件及线缆检查和环境检查功能等集成为一体,采用晚上清洗光伏组件,白天检查光伏组件和线缆检测以及环境检查功能,晚上清洗光伏组件不会影响光伏发电,功能齐全,不但节约电站管理运维成本,还且可以显著减小电站故障。
Description
技术领域
本发明涉及多功能全自动机器人领域,具体涉及一种光伏电站专用多功能全自动机器人。
背景技术
目前,能源问题日益严重。随着国家对绿色新能源的大力推广,太阳能作为未来的主要能源,太阳能发电已经开始应用,各种大型光伏电站应运而生。目前国内光伏电站已达数千座,随之而来的运维压力也是逐渐加大。
1、光伏组件的清洗:地面光伏电站目前的清洗方式是水清洗为主,而且对水质有较高要求,并且非常浪费水,这对西北干旱地区的光伏电站的维护带来很大的压力,经常清洗,可以带来显著的发电量,可是浪费大量优质水,不经常清洗,由于西北灰尘多,导致光伏电池表面因灰尘多而严重影响光伏光伏组件的发电量,内蒙某电站的光伏组件一个月内未清洗与清洗后的发电量对比,发电损失量高达19.7%。因此光伏组件的清洗是光伏电站非常麻烦的一件事情,也是对提高发电效率的重要处理环节。
2、光伏组件的检查:光伏组件由于质量或安装问题或由于光伏组件上有遮挡物,常见有开裂与热癍问题,导致发电量下降。特别是光伏组件一旦出现热癍问题,不仅不发电,反而成为负载,吸收电能,由此可能会导致光伏组件烧毁,给电站带来非常大的经济损失。目前虽然已经有无人机来巡检光伏组件问题,但是无人机飞的高的话,就需要昂贵的红外摄像头,一套设备就几十万,飞的低的话,又会在光伏组件上投***影,影响发电。
3、光伏组件间线路连接的检查:由于光伏电站是由各个单独的光伏组件串并联方式组成,光伏组件间的连接需要大量的MC4插拔端子,这种端子是由于是人工操作,存在接插不紧的现象,同时由于是野外裸露,紫外线辐射严重,导致开裂,降低防水性能和接插部件松动,加大了接触电阻值,这样在大电流流过时是会产生大量的热量,降低了发电量,严重情况则会烧毁MC4端子,发生火灾。目前电站运维对于线路检查这种情况比较棘手,由于光伏电站占地面积非常大,如果全部靠人工巡查几乎不可能,只有在后台观察到已经发生数据不正常的情况下,才会到相关位置检查,这个时候已经出问题了,不能提前发现线路连接问题。在2016年7月国外网站“solar bankability”统计数据表明,在影响光伏发电量损失中,MC4端子连接问题排在第2位。
4、光伏电站的环境监测:地面光伏电站环境比较复杂,一排排光伏组件之间有较大的路面间隙,有的因为杂草太高遮住了光伏组件,导致出现光伏组件有热癍效应,或者不发电,严重影响发电量,有的由于支架路基出现坍塌,导致支架歪斜,影响光伏光伏组件接收太阳的辐射能量,影响光伏组件匹配的一致性,严重影响发电效率。同时整个光伏电站还存在安防问题,由于地面光伏电站面积很大,靠摄像头来监视电站会存在死角,因此一些设备或线缆被盗事件不可避免。
综上所述,靠人工巡查与简单机器人或无人机来做电站运维的方法是非常低效的,费时、费资源。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能的全自动机器人,能够同时完成光伏组件的清洗、光伏组件的检查、光伏组件间线路连接的检查及光伏电站环境的检测功能。
为实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案予以实现:
一种光伏电站专用多功能全自动机器人,包括中枢控制***、行走***、光伏组件清洗***、光伏组件与线缆连接检查***、环境检查***及动力***,以中枢控制***为核心,其他***与中枢控制***进行数据交流;
优选的,所述中枢控制***包括主CPU、有线通讯接口、无线通讯接口、定位***;所述主CPU为所有连接通道的集结点,所述有线通讯接口分别与所述行走***、光伏组件清洗***、光伏组件与线缆连接检查***、环境检查***通讯连接;所述无线通讯接口通过无线传输方式与电站后台通讯,并实时传输机器人收集到的数据,机器人根据电站后台的命令来做相关动作。
优选的,所述定位***是用导航***来定位机器人当前的坐标,并根据预设的参数来确保机器人的运动轨迹,并把相关坐标参数发送给电站后台。
优选的,所述中枢控制***中的主CPU是具有AI功能的智能控制芯片,所述主CPU是嵌入式***。
优选的,所述行走***包括行走控制CPU、通讯部分、行走动力机械装置、图像识别***,所述图像识别***上安装有摄像头。
优选的,所述行走***可采用履带爬行、或多脚爬行或轮式驱动的方式。
优选的,所述光伏组件清洗***包括清洗控制CPU、机械臂动力***、空气吹吸增压***、清洗装置、探测装置,所述光伏组件清洗***是以所述清洗控制CPU为核心,所述机械臂动力***、空气吹吸增压***、清洗装置、探测装置与所述清洗控制CPU进行数据交互。
优选的,所述清洗装置包括水雾喷头和气体清洗头;所述机械臂动力***包括机械臂,所述水雾喷头和气体清洗头安装在所述机械臂的最前端,用来清洗光伏组件;所述探测装置也是安装在所述机械臂的最前端,实时探测光伏组件的污染情况,及时反馈给所清洗控制CPU。
优选的,所述光伏组件与线缆连接检查***包括检查***CPU、通讯单元、光伏组件红外检查单元以及线缆连接红外检查单元,所述光伏组件与线缆连接检查***是以检查***CPU为核心,通讯单元、光伏组件红外检查单元、线缆连接红外检查单元与所述检查***CPU进行数据交互。
优选的,所述动力***包括动力源电池和能源在线检测模块;所述动力源电池具有电量存储功能,为机器人在整个工作过程中提供电能;所述能源在线检测模块检测当前所述动力源电池电量使用情况以及自动充电功能。
本发明的有益效果:本发明的多功能全自动机器人是将光伏组件清洗和光伏组件及线缆检查和环境检查功能为一体,采用晚上清洗光伏组件,白天检查光伏组件和线缆检测以及环境检查功能,晚上清洗光伏组件不会影响光伏发电,功能齐全,不但节约电站管理运维成本,还且可以显著减小电站故障。
附图说明
图1为本发明机器人内部控制示意图;
图2为本发明机器人中枢控制***示意图;
图3为本发明机器人光伏组件清洗***示意图;
图4为本发明机器人行走控制***示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1所示,本发明一种光伏电站专用多功能全自动机器人,包括中枢控制***、行走***、光伏组件清洗***、光伏组件与线缆连接检查***、环境检查***、动力***及电站,以中枢控制***为核心,其他***与中枢控制***进行数据交流。
如图2所述中枢控制***包括主CPU、有线通讯接口、无线通讯接口、定位***。中枢控制***中的主CPU是具有AI功能的智能控制芯片,主CPU是嵌入式***。主CPU通过有线通讯接口分别与行走***、光伏组件清洗***、光伏组件与线缆连接检查***、环境检查***、动力***电连接。主CPU通过有线通讯接口和其它5个部分通过数据的交流来控制整个机器人的行走定位、光伏组件清洗命令与效果检查、线缆连接检查、环境识别等功能。主CPU通过无线通讯接口与电站后台数据交互,实时传递机器人收集到的信息。
其中,所述无线通讯接口通过无线传输方式与电站后台程序通讯,实时传输机器人的各种工作参数和报警数据,并根据后台的命令来做相关动作。定位***是通过GPS或北斗定位***,自动定位机器人所处电站内的位置及当前机器人对应的光伏组件位置,并实时反馈到后台检测界面,电站的维护人员通过电站后台显示界面得知当前的机器人巡检的光伏组件与线缆位置,直观了解电站设备运行情况。
白天光伏发电时,多功能全自动机器人巡检光伏组件状态、线路连接情况和光伏电站环境,晚上清洗光伏组件。白天当光伏组件发电时,机器人的光伏组件与线缆连接检查***中的红外***件通过红外扫描的方式,按照预先设定的顺序快速扫描光伏组件和光伏组件背后的线缆与连接端子,通过北斗、GPS或其他导航***来定位当前机器人的坐标和对应的光伏组件位置,实时上报不良部分的位置和检测到的温度数据,迅速定位出问题部件的位置,红外***件中设有红外传感器,红外传感器采集数据发送到中枢控制***,并实时向电站后台发出警报,上传实时图像和检测数据。所述中枢控制***中的主CPU根据检测到的数据向行走***发出命令,行走***接收到中枢控制***发出的行走指令,做出机器人继续前行还是调整前行方向等指示。
所述环境检查***,由图像采集装置及图像识别***和通讯接口组成。图像采集装置可以选择摄像头。通过摄像头实时采集环境图像,图像采集装置将采集来的图像传递给图像识别***,然后由图像识别***将图像采集数据传递给中枢控制***,由中枢控制***来决定是否需要把采集的图像发送给电站后台,是否需要电站后台维护人员来处理。
晚上,在光伏组件不发电时,机器人开始按照预先设定的规则自动清洗光伏光伏组件,此时光伏组件清洗***开始工作。如图3所述,光伏组件清洗***由清洗控制CPU、机械臂动力***、空气吹吸增压***、清洗装置、探测装置组成。以清洗控制CPU为核心,通过探测装置来获取当前机械臂离光伏组件的距离,确定当前清洗光伏组件位置。光伏组件清洗***中探测装置部分包括红外与激光探头,红外与激光探头负责采集光伏组件表面污染程度,同时将采集到的数据信息传输到所述清洗控制CPU,所述清洗控制CPU计算并发出指令来控制空气吹吸增压***及清洗装置中水雾喷头和空气清洗头工作,清洗的同时,红外与激光探头持续采集光伏组件的清洁程度,实时传输给清洗控制CPU,清洗控制CPU根据接收到的信息,判断是否需要继续发出清洗指令,直到清洗的光伏组件的清洗程度已经达到预先设定的清洁程度。清洗控制CPU向中枢控制***发送移动指令,中枢控制***接收到移动指令后,向行走***发送行走指令,行走***接收到指令后行走。
机械臂动力***主要是接收清洗控制CPU发送来的指令,调整伸展与运动轨迹,确保安全准确的靠近要清洗的光伏组件,同时机械臂动力***也并承载水雾喷头与探头及空气与水的通道。水雾喷头与空气清洗头是安装在机械臂的最前端,对光伏组件进行清洗。在清洗过程中,一方面为了节约用水,另一方面也是为了机器人更灵活的行走,基本不采用水清洗,在不是特别污染的情况下采用风吹和风吸对流的形式清洗光伏组件表面,在污染特别严重的情况下采用水雾的方式加风吹清洗,确保光伏光伏组件表面干净。
机器人所有的行走行为都是在行走***的控制下来完成,行走***采用履带爬行、或多脚爬行或轮式驱动的方式。如图4所示,行走***包括行走控制CPU、行走动力机械装置和图像识别***。图像识别***上安装有摄像头,图形识别***主要是做地形识别,判断机器人前进方向的道路情况,确保机器人能够正常安全通过前面的道路,规避障碍物与深坑,及时向行走控制CPU反馈数据,行走控制CPU与中枢控制***交互信息,确定当前需要行走的距离和方向,控制行走动力机械装置运动,行走动力机械装置接受行走控制CPU发过来的行走参数数据,根据参数要求,调整运行距离与方向,实时向中枢控制***反馈行走情况。
给机器人提供动力的动力***包括动力源电池和能源在线检测模块,能源检测模块由检测电路组成,实时检测当前的能源使用情况,提前警告能源剩余状态,向中枢控制***上报相关数据,当动力***电力不足时,中枢控制***收集到相关数据,根据目前所处的位置向行走***发出指令,行走***控制机器人移动到预设的充电位置充电。确保机器人在能源即将耗尽前得到能源补充。
Claims (10)
1.一种光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:包括中枢控制***、行走***、光伏组件清洗***、光伏组件与线缆连接检查***、环境检查***及动力***,以中枢控制***为核心,其他***与中枢控制***进行数据交流。
2.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述中枢控制***包括主CPU、有线通讯接口、无线通讯接口、定位***;所述主CPU为所有连接通道的集结点,所述有线通讯接口分别与所述行走***、光伏组件清洗***、光伏组件与线缆连接检查***、环境检查***通讯连接;所述无线通讯接口通过无线传输方式与电站后台通讯,并实时传输机器人收集到的数据,机器人根据电站后台的命令来做相关动作。
3.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述定位***是用导航***来定位机器人当前的坐标,并根据预设的参数来确定机器人的运动轨迹,并把相关坐标参数发送给电站后台。
4.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述中枢控制***中的主CPU是具有AI功能的智能控制芯片,所述主CPU是嵌入式***。
5.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述行走***包括行走控制CPU、通讯部分、行走动力机械装置、图像识别***,所述图像识别***上安装有摄像头。
6.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述行走***可采用履带爬行、或多脚爬行或轮式驱动的方式。
7.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述光伏组件清洗***包括清洗控制CPU、机械臂动力***、空气吹吸增压***、清洗装置、探测装置,所述光伏组件清洗***是以所述清洗控制CPU为核心,所述机械臂动力***、空气吹吸增压***、清洗装置、探测装置与所述清洗控制CPU进行数据交互。
8.根据权利要求7所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述清洗装置包括水雾喷头和气体清洗头;所述机械臂动力***包括机械臂,所述水雾喷头和气体清洗头安装在所述机械臂的最前端,用来清洗光伏组件;所述探测装置也是安装在所述机械臂的最前端,实时探测光伏组件的污染情况,及时反馈给所清洗控制CPU。
9.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述光伏组件与线缆连接检查***包括检查***CPU、通讯单元、光伏组件红外检查单元以及线缆连接红外检查单元,所述光伏组件与线缆连接检查***是以检查***CPU为核心,通讯单元、光伏组件红外检查单元、线缆连接红外检查单元与所述检查***CPU进行数据交互。
10.根据权利要求1所述的光伏电站专用多功能全自动机器人,其特征在于:所述动力***包括动力源电池和能源在线检测模块;所述动力源电池具有电量存储功能,为机器人在整个工作过程中提供电能;所述能源在线检测模块检测当前所述动力源电池电量使用情况以及自动充电功能。
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