CN115242186A - 一种具有清洁功能的光伏面板*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有清洁功能的光伏面板***，包括底座，底座与光伏面板的底端固定，光伏面板的背面中心部位安装有低频振动机构，底座通过第一移动机构连接有伸缩机构以带动伸缩机构沿平行于光伏板上下边缘的方向运动，伸缩机构朝向光伏板背面设置且转动连接有高频振动机构，光伏面板的侧部安装有朝向光伏板正面的喷头，喷头还与用于驱动其沿光伏面板侧部边缘移动的第二移动机构连接，喷头与供水***连接，光伏面板另一侧侧部设置有图像采集元件，图像采集元件与第三移动机构连接，并且第三移动机构的运动方向与第二移动机构相同，本发明的光伏面板***，解决了现有光伏面板清洁时所存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏设备技术领域，具体涉及一种具有清洁功能的光伏面板***。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
光伏面板作为利用光能进行发电的功能组件，大多布置在室外环境下，因此光伏面板表面极易受到灰尘的影响，灰尘在光伏面板上的堆积、遮盖，造成发电效率的大幅下降，严重情况下会产生热斑效应，对光伏组件产生不可逆转的影响。定期清洁光伏面板表面的灰尘污染，保持表面的清洁,是保持光电转换效率的有效途径，合理的、便捷的光伏面板清洁技术对光伏产业降低成本、持续发展具有重要意义。
目前广泛采用的光伏面板清洁方法主要有以下四类：压力流体(气流、水流等)除尘、机械毛刷装置除尘、静电除尘和智能机器人除尘等。发明人经研究发现，现有技术至少存在以下缺陷：
压力流体除尘采用人工的方式进行冲洗作业，完成光伏面板的表面清洁，当对大型光伏面板(长度1900-2000mm，宽度900-1000mmm)进行清理时，需要大量的人工成本，除此之外，压力水流除尘需求水量大，存在水资源不合理使用与浪费的问题，而压力气流除尘对黏附性灰尘的去除效果较差。
机械毛刷装置除尘方式需要额外安装，并配套相应的供电，供水线路，不具备便携性，并且毛刷与光伏面板表面的接触属于机械接触，多次清理会增大光伏面板表面的粗糙度，使光伏面板表面磨损微坑易黏附/存储灰尘，且造成面板的透光性下降。
静电除尘借助正负电荷的相互作用，达到去除光伏面板粉尘的目的，但难以去除粘附性的顽固污渍。
智能机器人除尘是借助机器人技术进行光伏面板的表面清扫，但机器人的清扫装置一般也为毛刷等机械装置，同样会造成面板表面粗糙度的升高，影响面板的透光性。除此之外，智能机器人设备成本高昂，维护困难，也制约着该项技术的大规模应用。
光伏面板表面的清洁一方面要求表面能达到良好清洁率并保护表面不被机械划伤，另一方面要求设备具有便携性和易安装性，从而降低人工成本，并且适用于光伏电站等大数量大型光伏面板表面的清洁。但现有的光伏面板清洁技术由于结构和原理的制约，难以同时满足光伏面板表面清洁的多方面要求。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种具有清洁功能的光伏面板***，解决了光伏面板的清洁方式所存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
本发明的实施例提供了一种具有清洁功能的光伏面板***，包括底座，底座与光伏面板的底端固定，光伏面板的背面中心部位安装有低频振动机构，底座通过第一移动机构连接有伸缩机构以带动伸缩机构沿平行于光伏板上下边缘的方向运动，伸缩机构朝向光伏板背面设置且转动连接有高频振动机构，光伏面板的侧部安装有朝向光伏板正面的喷头，喷头还与用于驱动其沿光伏面板侧部边缘移动的第二移动机构连接，喷头与供水***连接。
可选的，所述低频振动机构包括固定在光伏面板背面中心的电机，电机的输出轴与曲柄的一端固定连接，曲柄的另一端设置有配重块，电机通过电机驱动器与中央处理器连接。
可选的，所述高频振动机构采用超磁致伸缩作动器，超磁致伸缩作动器与高频信号发生器连接。
可选的，低频振动机构的两侧均设置有高频振动机构。
可选的，第一移动机构设置在底座内部空腔内，伸缩机构通过底座开设的限位槽伸出至底座外部，限位槽用于对伸缩机构的移动进行限位。
可选的，光伏面板的顶部安装有雨量传感器，雨量传感器与中央处理器连接。
可选的，所述雨量传感器采用翻斗式雨量传感器，翻斗式雨量传感器通过传感器支架与光伏面板顶部连接，传感器支架采用折弯板以使得翻斗式雨量传感器轴线竖向设置。
可选的，所述光伏面板的一侧侧部设置有喷头，另一侧侧部设置有图像采集元件，图像采集元件与第三移动机构连接，第三移动机构的输出运动方向与第二移动机构的输出运动方向相同，图像采集元件与中央处理器连接。
可选的，所述第一移动机构、第二移动机构及第三移动机构均采用丝杠传动机构。
可选的，所述伸缩机构采用液压伸缩设备，液压伸缩设备的伸缩部分与高频振动机构铰接。
本发明的有益效果：
1.本发明的光伏板***，具有低频振动机构，低频振动机构设置在光伏面板的中心位置，借助大型光伏面板自身薄板弱刚性结构的一阶振型振动，促使表面灰尘向振幅为零的面板边缘位置转移，实现灰尘的清洁，具有高频振动机构，高频振动机构能够在伸缩机构的作用下与光伏面板背面贴合，同时具有喷头，能够向光伏面板的正面喷射清洁水，高频振动机构能够诱导喷头喷射到光伏面板的清洁水或者落在光伏面板的雨水产生空化效应，实现光伏面板表面粘附的顽固污渍的自清洁，解决了压力气流除尘和静电除尘方式存在的缺陷，实现高效清洁的同时，节约资源，对光伏面板进行清理时，利用振动进行清理，没有毛刷等机械清洁结构，不存在机械结构(如毛刷)与光伏面板直接接触的情况，避免了大型光伏面板表面被划伤的风险，而且清洁时无需人工参与，人力成本低。
2.本发明的光伏***，低频振动机构采用电机、曲柄和配重块，高频振动机构采用超磁致伸缩作动器，相对于采用智能机器人，成本低，维护简单，适用于大规模应用。
3.本发明的光伏***，低频振动机构、高频振动机构均安装在光伏面板背面，图像采集元件和喷头设置在光伏面板的侧部，可有效避免对太阳光线的遮挡，在实现大型光伏面板自清洁功能的同时，不会对光伏面板的效率产生不利影响。
4.本发明的光伏***，喷头与第二移动机构连接，高频振动机构与第一移动机构连接，图像采集元件与第三移动机构连接，能够利用图像采集元件定位灰尘污渍的位置，然后利用第一移动机构和第二移动机构分别将高频振动机构和喷头移动至最佳清理效果的设定位置，针对具有灰尘和污渍的位置进行清理，无需光伏面板整个表面进行清理，使用的水资源少，节约了资源，适用于大型光伏面板的清理工作。
5.本发明的光伏***，低频振动机构和高频振动机构相结合，低频振动机构及高频振动机构均能够在中央处理器的控制下自动工作，在非雨天时，能够利用低频振动机构进行清理，雨天时，利用高频振动机构进行清理，实现了在所有环境下的自动清理，自动化程度高，降低了人力成本，同时通过喷头的设置，还能够实现非雨天时高频振动机构的清理工作，增加了整个光伏***清理功能的多样性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构示意图；
图2为本发明实施例1整体结构俯视图；
图3为本发明实施例1控制原理图；
图4为本发明实施例2工作流程图；
其中，1.第三移动机构，2.摄像头支架，3.图像采集元件，4.光伏面板，5.第二移动机构，6.喷头，7.喷头支架，8.配重块，9.曲柄，10.控制***外壳，11.电机，12.第一移动机构，13.液压缸，14.超磁致伸缩作动器，15.传感器支架，16.雨量传感器，17.继电器，18.高频信号发生器，19.220V交流电源，20.电机驱动器，21.中央处理器，22.底座。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种具有清洁功能的光伏面板***，如图1-图2所示，包括底座22，底座22固定有光伏面板4，光伏面板4的底端与底座22固定，光伏面板4与底座22呈设定的夹角，本实施例中，光伏面板4与底座22之间的夹角为45°，光伏面板4包括支撑板，支撑板上设置有多个排列设置的太阳能板，采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。
本实施例中，光伏面板4的尺寸为长1960mm，，宽990mm，为弱刚性光伏面，弱刚性光伏面板指宽厚比大于十五的光伏面板，板可以理解的是，光伏面板4的尺寸可根据实际需要进行设置。
定义光伏面板4朝向太阳的表面为正面，另一侧表面为背面。
光伏面板4的背面中心位置固定有低频振动机构，本实施例中，低频振动机构包括电机11，电机11通过电机座和螺栓固定在光伏面板4的背面，电机11采用直流有刷电机RS-540SH，本领域技术人员也可根据实际需要选择其他类型的电机。
电机11的输出轴与曲柄9的一端固定，曲柄9的另一端通过螺栓固定有配重块8。
底座22上设置有控制***外壳10，控制***外壳10内安装有电机驱动器20和中央处理器21，电机11通过电机驱动器20连接中央处理器21，中央处理器21能够控制输出到电机11的PWM信号，进而控制电机11的工作。
为了对控制***外壳内的各个部件进行保护，控制***外壳10表面进行防水处理。
电机驱动器20通过电机线缆与电机11相连接，使得电机在合适的转速下工作，电机11能够带动曲柄9转动，在配重块8的作用下对光伏面板4产生振动，振动频率在0-330Hz，进而在弱作用力下激励大型弱刚性光伏面板的一阶固有振型，大型弱刚性光伏面板以中部振幅最大向四周衰减为零的振型振动，促使光伏面板4表面灰尘向四周的转移清除，实现光伏面板4表面灰尘的伪共振一阶振型自清洁。
其中电机的输出振动频率可根据实际需要进行设置，控制电机的转速即可。
本实施例中，电机转速控制在7980rpm，在该振型下，光伏面板4内部应力很小，可以保证光伏面板4不发生损伤条件下的低频高振幅振动自清洁过程，表面灰尘的自清洁率约为91％。
可以理解的是，本领域技术人员可根据实际需要设置电机的转速。
低频振动机构的两侧设置有高频振动机构，本实施例中，高频振动机构采用现有的超磁致伸缩作动器14，超磁致伸缩作动器14与控制***外壳10内的高频信号发生器18连接，能够接收高频信号发生器18的高频电信号，并将高频电信号转换成高频机械振动能量，进而使得光伏面板4产生高频振动，超磁致伸缩作动器14输出的高频振动频率为20KHz-80KHz，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。
超磁致伸缩作动器14的外壳与伸缩机构的一端铰接，伸缩机构朝向光伏面板的背面设置，能够带动超磁致伸缩作动器14朝向光伏面板4运动，伸缩机构采用液压伸缩设备，本实施例中，伸缩机构采用液压缸13，液压缸13的活塞杆与超磁致伸缩作动器14的外壳转动连接，液压缸13的缸体端部伸入底座22内的空腔内并通过螺栓与第一移动机构12的移动部件固定连接。
在其他一些实施例中，伸缩机构采用电动伸缩杆或直线电机等。
第一移动机构12的输出运动方向与光伏面板4的上、下边缘所在方向平行，本实施例中，第一移动机构12采用现有的丝杠传动机构，第一移动机构12设置在底座22的空腔内，包括驱动电机，电机的输出轴与丝杠连接，丝杠与轴承座转动连接，轴承座固定在底座的空腔内部，丝杠上螺纹连接有丝杠滑块，丝杠滑块与设置在空腔内的导轨滑动连接，丝杠滑块通过螺栓与液压缸13的缸体底端固定连接。
可以理解的是，第一移动机构也可采用皮带传动机构或链传动机构。
本实施例中，液压缸13能够带动超磁致伸缩作动器14朝向光伏面板4运动，直至超磁致伸缩作动器14与光伏面板4的背面相贴合，并且在活塞杆顶紧力的作用下将超磁致伸缩作动器14与光伏面板4紧密贴合，高效传输高频振动能量到光伏面板4正面。
由于超磁致伸缩作动器14与液压缸13的活塞杆转动连接，因此能够自适应光伏面板4的倾斜角度，同时液压缸13能够使得超磁致伸缩作动器14离开光伏面板4，使得其在第一移动机构12作用下移动时，超磁致伸缩作动器14不会与光伏面板4接触，避免了二者产生摩擦损坏。
其中底座22顶面开设有限位槽，限位槽与底座22内空腔相连通，限位槽沿第一移动机构12的输出运动方向设置，用于限制液压缸13的移动距离。
第一移动机构12的电机与中央处理器21连接，能够接收中央处理器21的指令工作。
超磁致伸缩作动器14能够使得光伏面板产生高频振动，进而诱导光伏面板表面清洁用水的空化作用，实现光伏面板表面粘附的顽固污渍的清洁，解决了压力气流除尘和静电除尘所存在的缺陷。
两个超磁致伸缩作动器及对应的液压缸、第一移动机构构成高频空化模块。
所述光伏面板4的顶部边缘中部位置固定有雨量传感器16，本实施例中，雨量传感器16采用翻斗式雨量传感器，翻斗式雨量传感器通过传感器支架15与光伏面板4顶部固定连接。
为了使得翻斗式雨量传感器的轴线竖向设置，传感器支架15采用一个折弯板，折弯板包括两个板部，其中一个板部固定在光伏面板4的背面，另一个板部固定翻斗式雨量传感器，由于光伏面板4与底座22呈45°设置，因此折弯板的两个板部之间的夹角为135°，使得固定翻斗式雨量传感器的板部水平，进而实现了翻斗式雨量传感器轴线的竖向设置。
翻斗式雨量传感器与中央处理器21连接，能够将采集得到的雨量信息传输给中央处理器21。
光伏面板的一侧设置有喷头6，另一侧设置有图像采集元件3，图像采集元件3构成污渍扫描定位模块。
其中，光伏面板4一侧内部设置有空腔，空腔内安装有第二移动机构5，第二移动机构5采用现有的丝杠传动机构，包括电机、丝杠、丝杠滑块等部件，其结构与第一移动机构12的结构相同，在此不进行重复叙述，其中第二移动机构5的丝杠滑块与喷头支架7的一端固定，喷头支架7另一端穿过光伏面板4侧边缘设置的限位槽后伸出至光伏面板4外部并连接喷头6，喷头6朝向光伏面板4的正面设置，限位槽沿光伏面板4的侧边缘设置，用于限制喷头6的移动距离。
可以理解的是，第二移动机构也可采用皮带传动机构或链传动机构等。
所述喷头6与供水***连接，供水***构成外部清洁用水模块，供水***包括水源，水源通过水管和供水泵与喷头6连接，水管上安装有阀门，用于控制水管的导通和关闭，供水泵能够驱动水源内的清洁用水进入喷头6，并由喷头6喷射出，将清洁水喷射至光伏面板4正面。喷洒水量和喷射压力根据实际需要进行调节即可。
其中供水泵和阀门均与中央处理器21连接，接受中央处理器21的指令进行工作。
图像采集元件3采用摄像头，摄像头的镜头朝向光伏面板4的正面设置，所述图像采集元件3与设置在光伏面板另一侧的第三移动机构1连接，第三移动机构1能够带动图像采集元件3沿光伏面板4的侧边缘运动，完成整个光伏面板4正面的图像采集工作，第三移动机构1的设置方式与第二移动机构5的设置方式相同，在此不进行重复叙述。第三移动机构1的丝杠滑块与摄像头支架2连接，摄像头支架2与摄像头连接。
图像采集元件3与中央处理器21连接，能够将采集的光伏面板正面图像信息传递给中央处理器21，从而确定光伏面板上灰尘污渍的位置，完成整个光伏面板上污渍分布信息的监测。
本实施例中，能够利用图像采集元件3定位灰尘污渍的位置，然后利用第一移动机构12和第二移动机构5分别将高频振动机构和喷头6移动至最佳清理效果的设定位置，针对具有灰尘和污渍的位置进行清理，无需光伏面板整个表面进行清理，节约了资源，特别适用于大型光伏面板的清理工作。
本实施例中的大型光伏面板指长度在1900-2000mm，宽度在900mm-1000mm的光伏面板。
如图3所示，控制***外壳内还设置有电源，电源采用220V交流电源19，220V交流电源19通过继电器17与高频信号发生器18连接，用于对高频信号发生器18进行供电，继电器17还与中央处理器21连接以接受中央处理器21的指令控制，中央处理器21通过开关电路与220V交流电源19连接，并且控制其他与其连接相关动作部件的供电。
本实施例中，如果光伏面板***工作在室外环境，对控制***外壳、超磁致伸缩作动器、电机11以及连接所用线缆进行防水处理，防水处理方法采用现有方法即可，在此不进行详细叙述。
本实施例的光伏面板***的工作方法为：
如图4所示，自动运行控制模式下，设置光伏面板伪共振一阶振型清灰的周期，中央处理器根据设定的周期自动定期向电机驱动器20送出PWM信号，进而驱动电机11工作，在接近但低于弱刚性光伏面板的一阶固有频率条件下，激励弱刚性光伏面板4近似于一阶固有振型振动，促使表面灰尘向振幅为零的光伏面板4边缘位置转移，实现灰尘的清洁。
在雨天，雨量传感器16将传雨量信号传输至中央处理器21，中央处理器21判断雨量达到阈值时，首先启用图像采集元件3进行光伏面板的污渍扫描与定位，中央处理器21根据图像采集元件反馈的污渍分布信息，计算超磁致伸缩作动器14的最佳清洁位置，然后通过控制液压缸13和第一移动机构12将超磁致伸缩作动器14调整到相应的最佳位置，自动启动高频发生器18，传输高频电信号驱动超磁致伸缩作动器14，高频振动能量透过弱刚性光伏面板诱导面板正面的雨水产生高频空化效应，实现顽固污渍的自清洁。在无雨天气或雨量不足时，中央处理器21可以启动外部供水泵，均匀向光伏面板喷洒清洁用水，保证高频空化的自清洁效果；
手动控制模式下，借助外部水源，人为启动装置的喷头6和高频发生器18，可以在雨水不足季节或地区，实现光伏面板表面顽固污渍的高频空化自清洁功能，或人工启动电机11，实现光伏面板正面灰尘的自清洁功能。
本实施例的光伏面板***，利用电机产生的低频振动激励光伏板的一阶固有振型进行清理或利用超磁致伸缩作动器的高频振动诱发清洁水的空化效应进行清理，实现高效清洁的同时，节约资源，没有毛刷等机械清洁结构，不存在机械结构(如毛刷)与光伏面板直接接触的情况，避免了大型光伏面板表面被划伤的风险。
而且，相对于采用智能机器人，成本低，维护简单，适用于大规模应用。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，包括底座，底座与光伏面板的底端固定，光伏面板的背面中心部位安装有低频振动机构，底座通过第一移动机构连接有伸缩机构以带动伸缩机构沿平行于光伏板上下边缘的方向运动，伸缩机构朝向光伏板背面设置且转动连接有高频振动机构，光伏面板的侧部安装有朝向光伏板正面的喷头，喷头还与用于驱动其沿光伏面板侧部边缘移动的第二移动机构连接，喷头与供水***连接。
2.如权利要求1所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，所述低频振动机构包括固定在光伏面板背面中心的电机，电机的输出轴与曲柄的一端固定连接，曲柄的另一端设置有配重块，电机通过电机驱动器与中央处理器连接。
3.如权利要求1所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，所述高频振动机构采用超磁致伸缩作动器，超磁致伸缩作动器与高频信号发生器连接。
4.如权利要求1所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，低频振动机构的两侧均设置有高频振动机构。
5.如权利要求1所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，第一移动机构设置在底座内部空腔内，伸缩机构通过底座开设的限位槽伸出至底座外部，限位槽用于对伸缩机构的移动进行限位。
6.如权利要求1所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，光伏面板的顶部安装有雨量传感器，雨量传感器与中央处理器连接。
7.如权利要求6所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，所述雨量传感器采用翻斗式雨量传感器，翻斗式雨量传感器通过传感器支架与光伏面板顶部连接，传感器支架采用折弯板以使得翻斗式雨量传感器轴线竖向设置。
8.如权利要求1所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，所述光伏面板的一侧侧部设置有喷头，另一侧侧部设置有图像采集元件，图像采集元件与第三移动机构连接，第三移动机构的输出运动方向与第二移动机构的输出运动方向相同，图像采集元件与中央处理器连接。
9.如权利要求8所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，所述第一移动机构、第二移动机构及第三移动机构均采用丝杠传动机构。
10.如权利要求1所述的一种具有清洁功能的光伏面板***，其特征在于，所述伸缩机构采用液压伸缩设备，液压伸缩设备的伸缩部分与高频振动机构铰接。
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