CN112275689A - 一种分布式光伏电站运维机器人及清洁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式光伏电站运维机器人及清洁方法，所述运维机器人包括车体(19)、驱动机构、传动机构、行走机构、清洁机构和检测机构；驱动机构包括直流伺服减速电机(2)及控制器(1)，为整体提供动力；传动机构包括锥齿轮组及相应轴系，实现整机运动方向转换；行走机构包括主动轮(6)、从动轮(8)及相应轴系，实现整机在光伏组件表面稳定运行；清洁机构包括辊刷(12)、辊刷电机(10)等，实现光伏组件表面灰尘清洁；检测机构包括热成像设备(16)，实现光伏组件热斑检测。采用该运维机器人实现光伏组件清洁，解决了分布式光伏电站运维过程中存在的人工高成本高、清洁质量不可控、故障检测手段有限等问题，切实提高光伏组件发电量。
Description
技术领域
本发明涉及专业服务机器人技术领域，具体涉及一种分布式光伏电站运维机器人及清洁方法。
背景技术
公开号为CN110882968A的中国发明专利公开了一种光伏清洁机器人，它包括机身，机身上设有驱动机构、履带机构以及清扫机构，驱动机构与履带机构电连接，机身上还设置有光伏板检测组件，光伏板检测组件包括第一光伏板检测模块、第二光伏板检测模块、第三光伏板检测模块以及第四光伏板检测模块，第一光伏板检测模块设置在机身左端外侧壁的前部，第二光伏板检测模块设置在机身右端外侧壁的前部，第三光伏板检测模块设置在机身右端外侧壁的后部，第四光伏板检测模块设置在机身左端外侧壁的后部；该清洁机器人能感应光伏表面持续自动行走实现光伏清洁。
分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电***。特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电***平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏电站包括光伏组件、直流汇流箱、逆变器、交流配电箱等设备。
在清洁能源政策的推动下，中国的分布式光伏新增规模将首次超过集中式光伏。分布式光伏电站大多分布在屋顶、农业大棚、鱼塘等设施建筑上。检修、检测成本加大；单体体量较小，相应增加了运维养护的成本。分布式光伏电站运维不能像集中式电站那样通过自建规模庞大的运维队伍带来较为满意的运维结果。分布式光伏电站必须依靠智能化的运维手段来实现精细化、高效化的运维。
光伏面板的清洁是分布式光伏运维的重要一部分，光伏组件表面污浊对其发电效率的影响相当显著，其影响的原理主要可理解为两个方面：一是表面的污浊影响了光线的透射率，进而影响组件表面接收到的辐射量。二是组件表面的污浊因为距离电池片的距离很近，会形成阴影，并在光伏组件局部区域形成热斑效应，进而降低组件的发电效率，甚至烧毁组件。当组件的表面的污浊物为树叶、泥土、鸟粪等局部遮挡物时，其作用原理更多的表现为热斑效应所带来的影响。
发明内容
针对分布式光伏电站在现有技术中存在的运维过程中人工高成本高、清洁质量不可控、故障检测手段有限等技术问题，本发明提供了一种分布式光伏电站运维机器人及根据该分布式光伏电站运维机器人的清洁方法，实现分布式光伏电站组件表面灰尘清洁和热斑检测，切实提高光伏组件发电量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提供了一种分布式光伏电站运维机器人，包括车体、驱动机构和传动机构，还包括行走机构、清洁机构和检测机构，所述驱动机构、传动机构、行走机构、清洁机构和检测机构可拆卸式装配于车体；所述驱动机构包括直流伺服减速电机及控制器，为整体提供动力；所述传动机构包括锥齿轮组及相应轴系，实现整机运动方向的转换；所述行走机构包括主动轮、从动轮、履带、承压轮及相应轴系，实现整机在光伏组件表面的稳定运行；所述清洁机构包括辊刷、辊刷电机、链传动、平刷及球头连杆，实现光伏组件表面灰尘的清洁；所述检测机构包括热成像设备及支架，实现光伏组件热斑检测。
优选的是，所述直流伺服减速电机采用额定功率为150W、二级减速、减速比为19、额定转速为3000rpm的直流伺服减速电机。
在上述任一技术方案中优选的是，所述控制器包括PLC程序控制模块，所述PLC程序控制模块连接直流伺服减速电机和辊刷电机，控制直流伺服减速电机和辊刷电机的启停。
在上述任一技术方案中优选的是，所述控制器还包括无线通信模块和车体终端控制电路，车体终端控制电路与PLC程序控制模块相连接，车体终端控制电路通过无线通信模块远程连接遥控装置的手持终端控制电路。
在上述任一技术方案中优选的是，所述驱动机构还包括锂电池，所述锂电池为驱动机构供电，其参数配置为24V32AH。
在上述任一技术方案中优选的是，所述锂电池与直流伺服减速电机、控制器安装于车体的车架上。
在上述任一技术方案中优选的是，所述锥齿轮组包括小锥齿轮和大锥齿轮，传动比为1.4，小锥齿轮与大锥齿轮的分度圆直径为33mm与47mm，齿厚9mm。
在上述任一技术方案中优选的是，所述小锥齿轮与直流伺服减速电机的输出轴同轴，所述大锥齿轮与主动轮共用主动轮轴系，小锥齿轮与大锥齿轮相互啮合，实现运动方向的转换。
在上述任一技术方案中优选的是，所述主动轮、从动轮的齿数为14，节距为12.7mm，节径为56.25mm。
在上述任一技术方案中优选的是，所述履带节线长990.6mm，主动轮与从动轮通过履带传递运动，实现行走机构的运动。
在上述任一技术方案中优选的是，所述承压轮的设置形式为整机车架两侧各均匀布置4个，轮径为35mm。
在上述任一技术方案中优选的是，所述辊刷由辊刷电机、链传动驱动，所述平刷由球头连杆与行走机构主动轮的主动轮轴系的轴承连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述辊刷安装于第一护罩中，第一护罩与车架采用螺栓连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述辊刷采用尼龙材质制备的辊刷，转速为400rpm，用于光伏组件一次清洁。辊刷为尼龙材质，既能保证灰尘清洁质量，又能避免划伤光伏组件。
在上述任一技术方案中优选的是，所述辊刷电机转速为800rpm，链传动比为2。
在上述任一技术方案中优选的是，所述平刷安装于第二护罩中，球头连杆一端连接主动轮轴系，一端连接第二护罩。
在上述任一技术方案中优选的是，所述平刷采用硅胶材质制备的平刷，用于光伏组件二次清洁。平刷为硅胶材质，为家用玻璃清洁常用品，更换方便。
在上述任一技术方案中优选的是，所述热成像设备安装于支架上，支架与车体采用螺栓连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述热成像设备采用分辨率为384×288的热成像设备，用于光伏组件热斑检测。
在上述任一技术方案中优选的是，所述分布式光伏电站运维机器人还设置有把手，所述把手与车体采用螺栓连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述分布式光伏电站运维机器人的整机结构尺寸为536mm×644mm×360mm，整机重量15kg，行走速度20m/min，最大续航时间5H，最大跨越距离200mm，适用于倾角小于30°光伏组件表面的灰尘清洁和热斑检测。
本发明还提供了一种分布式光伏电站运维机器人的清洁方法，上述任一项所述的分布式光伏电站运维机器人，完成部件装配，操作人员通过手持把手将分布式光伏电站运维机器人整机放置于光伏组件上，操作人员通过遥控装置控制运维机器人的启停与运动，运维机器人在光伏组件表面呈竖向几字型运动路径，通过辊刷对光伏组件的一次清洁、平刷对光伏组件的二次清洁以及热成像设备对光伏组件的热斑检测，完成光伏组件表面的灰尘清洁，实现清洁质量可控及热斑故障检测，提高光伏组件发电量。
在上述任一技术方案中优选的是，当相邻光伏组件之间距离超过200mm，通过人工搬运分布式光伏电站运维机器人，实现相邻光伏组件的清洁。
与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：
该分布式光伏电站运维机器人主要由驱动机构、传动机构、行走机构、清洁机构和检测机构组成；驱动机构主要包括直流伺服电机及控制器，用于实现运维机器人的动力供应；传动机构主要包括锥齿轮组及相应轴系，用于实现运动方向的转换；行走机构主要包括主动轮、从动轮、履带、承压轮及相应轴系，用于实现运维机器人在光伏组件表面稳定运行；清洁机构主要包括辊刷电机、链传动、平刷及球头连杆，用于实现光伏组件表面灰尘的清洁；检测机构主要包括热成像设备及支架，用于实现光伏组件热斑检测。根据该分布式光伏电站运维机器人的清洁方法包括将整机放置于光伏组件上，操作人员遥控运维机器人在光伏组件上呈竖向“几”字型运动，实现光伏组件表面的灰尘清洁和热斑检测。
该分布式光伏电站运维机器人及清洁方法属于专业服务机器人技术领域，解决了分布式光伏电站运维过程中存在的人工高成本高、清洁质量不可控、故障检测手段有限等问题，切实提高光伏组件发电量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明的分布式光伏电站运维机器人的一优选实施例的整机视图；
图2为按照本发明的分布式光伏电站运维机器人的图1所示实施例的俯视结构图；
图3为按照本发明的分布式光伏电站运维机器人的图1所示实施例的侧视结构图；
图4为按照本发明的分布式光伏电站运维机器人的图1所示实施例的主视结构图；
图5为按照本发明的分布式光伏电站运维机器人的图1所示实施例的轴测结构图；
图6为按照本发明的分布式光伏电站运维机器人的图1所示实施例的运维机器人运行路径。
附图标记：控制器1，直流伺服减速电机2，锂电池3，小锥齿轮4，大锥齿轮5，主动轮6，履带7，从动轮8，承压轮9，辊刷电机10，链传动11，辊刷12，主动轮轴系13，球头连杆14，平刷15，热成像设备16，支架17，车架18，车体19，第一护罩20，第二护罩21，把手22。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了克服分布式光伏电站在现有技术中存在的运维过程中人工高成本高、清洁质量不可控、故障检测手段有限等技术问题，本发明实施例提供了一种分布式光伏电站运维机器人及根据该分布式光伏电站运维机器人的清洁方法，通过运维机器人在光伏组件上呈竖向“几”字型运动，实现分布式光伏电站组件表面灰尘清洁和热斑检测，切实提高光伏组件发电量。
以下结合图1至6，说明本实施例的分布式光伏电站运维机器人的结构、特点和清洁方法的实现形式。
本实施例所述分布式光伏电站运维机器人，主要包括车体19、驱动机构、传动机构、行走机构、清洁机构和检测机构，驱动机构、传动机构、行走机构、清洁机构和检测机构可拆卸式装配于车体19。其中：驱动机构包括直流伺服减速电机2及控制器1，为整体提供动力；传动机构包括锥齿轮组及相应轴系，可以实现整机运动方向的转换；行走机构包括主动轮6、从动轮8、履带7、承压轮9及相应轴系，可以实现整机在光伏组件表面的稳定运行；清洁机构包括辊刷12、辊刷电机10、链传动11、平刷15及球头连杆14，可以实现光伏组件表面灰尘的清洁；检测机构包括热成像设备16及支架17，可以实现光伏组件热斑检测。
在本实施例中，驱动机构的直流伺服减速电机2采用额定功率为150W、二级减速、减速比为19、额定转速为3000rpm的直流伺服减速电机；控制器1包括PLC程序控制模块，所述PLC程序控制模块连接直流伺服减速电机2和辊刷电机10，控制直流伺服减速电机和辊刷电机10的启停；控制器1还包括无线通信模块和车体终端控制电路，车体终端控制电路与PLC程序控制模块相连接，车体终端控制电路通过无线通信模块远程连接遥控装置的手持终端控制电路。驱动机构还包括锂电池3，所述锂电池3为驱动机构供电，其参数配置为24V32AH；锂电池3与直流伺服减速电机2、控制器1安装于车体19的车架18上。
在本实施例中，传动机构中的锥齿轮组包括小锥齿轮4和大锥齿轮5，传动比为1.4，小锥齿轮4与大锥齿轮5的分度圆直径为33mm与47mm，齿厚9mm；小锥齿轮4与直流伺服减速电机2的输出轴同轴，大锥齿轮5与主动轮6共用主动轮轴系13，小锥齿轮4与大锥齿轮5相互啮合，可以实现运动方向的转换。
在本实施例中，行走机构的主动轮6、从动轮8的齿数为14，节距为12.7mm，节径为56.25mm；履带7节线长990.6mm，主动轮6与从动轮8通过履带7传递运动，实现行走机构的运动；承压轮9的设置形式为整机车架18两侧各均匀布置4个，轮径为35mm。
在本实施例中，清洁机构的辊刷12由辊刷电机10、链传动11驱动，平刷15由球头连杆14与行走机构主动轮6的主动轮轴系13的轴承连接；辊刷12安装于第一护罩20中，第一护罩20与车架18采用螺栓连接；辊刷12采用尼龙材质制备的辊刷，转速为400rpm。辊刷12可以实现光伏组件一次清洁。尼龙材质的辊刷，保证灰尘清洁质量，避免划伤光伏组件。
在本实施例中，清洁机构的辊刷电机10转速为800rpm，链传动11比为2。
在本实施例中，清洁机构的平刷15安装于第二护罩21中，球头连杆14一端连接主动轮轴系13，一端连接第二护罩21；平刷15采用硅胶材质制备的平刷，可以实现光伏组件二次清洁。硅胶材质的平刷，为家用玻璃清洁常用品，方便采购，更换方便。
在本实施例中，检测机构的热成像设备16安装于支架17上，支架17与车体19采用螺栓连接；热成像设备16采用分辨率为384×288的热成像设备，可用于光伏组件热斑检测。
在本实施例中，分布式光伏电站运维机器人还设置有把手22，把手22与车体19采用螺栓连接，用于实现整机搬移。
本实施例上述布设结构的分布式光伏电站运维机器人，主要由车体19、驱动机构、传动机构、行走机构、清洁机构和检测机构组成，其结构尺寸为536mm×644mm×360mm，整机重量15kg，行走速度20m/min，最大续航时间5H，最大跨越距离200mm，尤其适用于倾角小于30°光伏组件表面的灰尘清洁和热斑检测，通过在光伏组件表面运动路径呈竖向“几”字型实现清灰和检测。
采用本实施例所述的分布式光伏电站运维机器人实现光伏组件的清洁，该清洁方法包括：操作人员通过手持把手22将分布式光伏电站运维机器人整机放置于光伏组件上，操作人员通过遥控装置控制运维机器人的启停与运动，运维机器人在光伏组件表面呈竖向几字型运动路径，通过辊刷12对光伏组件的一次清洁、平刷15对光伏组件的二次清洁以及热成像设备16对光伏组件的热斑检测，完成光伏组件表面的灰尘清洁，实现清洁质量可控及热斑故障检测，提高光伏组件发电量。
当相邻光伏组件之间距离超过200mm，通过人工搬运分布式光伏电站运维机器人，即可实现相邻光伏组件的清洁。
本实施例的分布式光伏电站运维机器人及清洁方法的工作原理：驱动机构中控制器1、直流伺服减速电机2、锂电池3安装于车架18上，车体19与车架18采用螺栓连接，其中直流伺服减速电机2在锂电池3供电和控制器1的作用下实现启停。传动机构中小锥齿轮4与直流伺服减速电机2的输出轴同轴，大锥齿轮5与行走机构中的主动轮6共轴13，小锥齿轮4与大锥齿轮5相互啮合，实现运动方向的转换。行走机构中的主动轮6将运动由履带7传递到从动轮8，从而实现行走机构的运动。承压轮9安装于车架18两侧，支撑运维机器人重量。清洁机构中的辊刷12安装于第一护罩20中，第一护罩20与车架18螺栓连接，辊刷12在辊刷电机10、链传动11作用下转动，实现一次清洁。辊刷电机10也由控制器1控制。平刷15安装于第二护罩21中，球头连杆14一端连接轴系13，一端连接第二护罩21。检测机构中的热成像设备16安装于支架17上，实时检测光伏组件的热斑，支架17与车体19螺栓连接。本实施例的分布式光伏电站运维机器人及清洁方法解决了分布式光伏电站运维过程中存在的人工高成本高、清洁质量不可控、故障检测手段有限等问题，能切实提高光伏组件发电量。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种分布式光伏电站运维机器人，包括车体(19)、驱动机构和传动机构，其特征在于：它还包括行走机构、清洁机构和检测机构，所述驱动机构、传动机构、行走机构、清洁机构和检测机构可拆卸式装配于车体(19)；所述驱动机构包括直流伺服减速电机(2)及控制器(1)，为整体提供动力；所述传动机构包括锥齿轮组及相应轴系，实现整机运动方向的转换；所述行走机构包括主动轮(6)、从动轮(8)、履带(7)、承压轮(9)及相应轴系，实现整机在光伏组件表面的稳定运行；所述清洁机构包括辊刷(12)、辊刷电机(10)、链传动(11)、平刷(15)及球头连杆(14)，实现光伏组件表面灰尘的清洁；所述检测机构包括热成像设备(16)及支架(17)，实现光伏组件热斑检测。
2.如权利要求1所述的分布式光伏电站运维机器人，其特征在于：所述直流伺服减速电机(2)采用额定功率为150W、二级减速、减速比为19、额定转速为3000rpm的直流伺服减速电机。
3.如权利要求1所述的分布式光伏电站运维机器人，其特征在于：所述控制器(1)包括PLC程序控制模块，所述PLC程序控制模块连接直流伺服减速电机(2)和辊刷电机(10)，控制直流伺服减速电机和辊刷电机(10)的启停。
4.如权利要求3所述的分布式光伏电站运维机器人，其特征在于：所述控制器(1)还包括无线通信模块和车体终端控制电路，车体终端控制电路与PLC程序控制模块相连接，车体终端控制电路通过无线通信模块远程连接遥控装置的手持终端控制电路。
5.如权利要求1所述的分布式光伏电站运维机器人，其特征在于：所述驱动机构还包括锂电池(3)，所述锂电池(3)为驱动机构供电，其参数配置为24V32AH。
6.如权利要求5所述的分布式光伏电站运维机器人，其特征在于：所述锂电池(3)与直流伺服减速电机(2)、控制器(1)安装于车体(19)的车架(18)上。
7.如权利要求1所述的分布式光伏电站运维机器人，其特征在于：所述锥齿轮组包括小锥齿轮(4)和大锥齿轮(5)，传动比为1.4，小锥齿轮(4)与大锥齿轮(5)的分度圆直径为33mm与47mm，齿厚9mm。
8.如权利要求7所述的分布式光伏电站运维机器人，其特征在于：所述小锥齿轮(4)与直流伺服减速电机(2)的输出轴同轴，所述大锥齿轮(5)与主动轮(6)共用主动轮轴系(13)，小锥齿轮(4)与大锥齿轮(5)相互啮合。
9.根据权利要求1至21中任一项所述的分布式光伏电站运维机器人的清洁方法，其特征在于，该清洁方法包括：操作人员通过手持把手(22)将分布式光伏电站运维机器人整机放置于光伏组件上，操作人员通过遥控装置控制运维机器人的启停与运动，运维机器人在光伏组件表面呈竖向几字型运动路径，通过辊刷(12)对光伏组件的一次清洁、平刷(15)对光伏组件的二次清洁以及热成像设备(16)对光伏组件的热斑检测，完成光伏组件表面的灰尘清洁，实现清洁质量可控及热斑故障检测，提高光伏组件发电量。
10.如权利要求22所述的分布式光伏电站运维机器人的清洁方法，其特征在于：当相邻光伏组件之间距离超过200mm，通过人工搬运分布式光伏电站运维机器人，实现相邻光伏组件的清洁。
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|---|---|---|---|---|
| CN115245919A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-10-28 | 杭州埃欧珞机器人科技有限公司 | 太阳能板清洁设备及其清洁方法 |
| CN115617048A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-01-17 | 立物(北京)科技有限公司 | 一种光伏电站无人清洁方法及*** |
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2020
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