تقرير مشروع روبوت تنظيف الألواح الشمسية

خلفية

مع تزايد الطلب العالمي على الطاقة النظيفة، برزت الطاقة الشمسية كمصدر مهم للطاقة المتجددة. ومع ذلك، تتراكم على الألواح الكهروضوئية الغبار وفضلات الطيور وغيرها من الملوثات مع مرور الوقت. هذه الملوثات لا تقلل فقط من كفاءة تحويل الضوء إلى كهرباء، بل قد تُسبب أيضًا ما يُعرف بـ"تأثير الجزيرة الحرارية"، مما يؤدي إلى شيخوخة الألواح الكهروضوئية أو تلفها. لذلك، ثمة حاجة ملحة لتصميم روبوت فعال لتنظيف الألواح الشمسية.

في المناطق الرطبة والجبلية جنوب الصين، تتوفر موارد شمسية وفيرة، إلا أن التضاريس المعقدة ومواقع تركيب الألواح الكهروضوئية المرتفعة تجعل طرق التنظيف التقليدية (مثل التنظيف السلبي في الظروف الطبيعية، والتنظيف اليدوي، والتنظيف الميكانيكي) غير فعالة وغير آمنة. دفع هذا الباحثين إلى تطوير روبوتات لتنظيف الألواح الكهروضوئية تعتمد على مستشعرات بصرية وضوئية لمعالجة هذه التحديات.

التركيب الهيكلي

المكونات الميكانيكية

• إطار:يستخدم الروبوت إطارًا من سبيكة الألومنيوم لمنع الصدأ وتقليل وزنه الإجمالي.
• آلية التنقل:تتضمن آلية المشي عجلات أساسية ومساعدة ومسارات وعجلات توجيهية لضمان حركة مستقرة على الألواح الكهروضوئية المائلة.
• آلية التنظيف:يتكون هذا من فرشاة من نوع الأسطوانة وجهاز رش وجهاز نفخ، مما يسمح بأنماط تنظيف مختلفة مثل التنظيف الجاف والتنظيف بالماء والتجفيف بالنفخ.

مكونات التحكم

• نظام التحكم:يستخدم متحكم STM32 لتحقيق درجة عالية من الموثوقية وسرعة التشغيل.
• نظام الاستشعار:يتضمن أجهزة استشعار بصرية وأجهزة استشعار ضوئية ومفاتيح حدية لاكتشاف حواف الألواح الكهروضوئية وظروف الإضاءة وموضع الروبوت.
• نظام القيادة:تستخدم محركات ذات تيار مستمر ذات قدرات قوية مضادة للتداخل واستجابة ديناميكية سريعة.
• نظام التنظيف:يتكون من جهاز رش وجهاز نفخ وفرشاة أسطوانية لتغطية سطح لوحة الطاقة الشمسية بالكامل أثناء التنظيف.

تدابير التنفيذ

تصميم آلية التنقل

• يقوم الروبوت بضبط شد المسارات باستخدام عجلات الشد، كما تعمل عجلات الدعم والتوجيه على الحفاظ على تشغيل المسار بشكل صحيح.
• تستخدم عجلات التوجيه الجانبية عجلات مغلفة بالمطاط لامتصاص الاهتزازات بشكل أفضل ومقاومة التأثيرات الميكانيكية، مما يسمح بالتدحرج على طول حواف الألواح الكهروضوئية لمنع الانزلاق.

تصميم آلية التنظيف

• تستخدم أسطوانة التنظيف فرشًا من خيوط النايلون ذات بنية حلزونية ودوران تفاضلي لتعزيز كفاءة التنظيف.
• تعمل أجهزة الرش والنفخ على زيادة مساحة التغطية أثناء التنظيف وتقليل تكاليف استخدام المياه.

تصميم نظام التحكم

• يتم نقل إشارات التحكم عبر الاتصال التسلسلي عبر تقنية البلوتوث، مما يسمح للكمبيوتر العلوي بضبط الجهاز والتحكم في محاكاة التنظيف على لوحة عرض تشبه لوحة الطاقة الكهروضوئية.
• يتيح نظام اكتشاف الضوء ومفاتيح الحد التحكم الذكي استنادًا إلى الاختلافات في الضوء المحيط ومسافة الحدود، مما يسمح للروبوت بالبدء أو التوقف تلقائيًا.

تصميم نظام الشفط

• للحفاظ على ثباته على الألواح الكهروضوئية المائلة، يحتاج الروبوت إلى قوة شفط كافية. تشير الحسابات إلى أن قوة شفط أكبر من 33.62 نيوتن تُمكّن الروبوت من عبور الأسطح المبللة.
• يتم استخدام مولدين للفراغ، مع أكواب شفط مرتبة بين العجلات الأساسية والمساعدة لتقليل فقدان الشفط الناتج عن تسرب الضغط السلبي.

نتائج التجربة

كفاءة التنظيف

• يعمل الروبوت بثبات على المنحدرات التي تقل عن 25 درجة، مما يحقق كفاءة تنظيف تبلغ 50 مترًا مربعًا في الساعة.
• يصل معدل إزالة الغبار إلى 91.16%، مع خطأ متوسط في تحديد موضع فضلات الطيور عند 1.38 ملم.

استقرار

• طوال التجارب، قام الروبوت بأداء حركات المسح ذهابًا وإيابًا بفعالية مع حركة سلسة واهتزاز الجسم الإجمالي الأدنى.
• التصق الروبوت بإحكام بسطح الألواح الكهروضوئية، ونجح في تجنب أي سقوط أثناء الاختبارات المتعددة.

فعالية التنظيف

• لم تظهر أسطح الألواح الكهروضوئية بعد التنظيف أي جزيئات غبار كبيرة، مما يلبي متطلبات التنظيف.
• بلغت نسبة التغطية 100%، مع نظافة تنظيف إجمالية تجاوزت 95%، مما أدى إلى تعزيز كفاءة توليد الكهرباء في المنطقة التي تم تنظيفها بحوالي 20%.

المزايا الفريدة لـ Todo Smart روبوت تنظيف الألواح الشمسية

ذكاء معزز

• ومن خلال تحسين اندماج المستشعرات البصرية والضوئية بشكل أكبر، يمكن تحسين دقة تخطيط مسار الروبوت وذكاء استراتيجية التنظيف الخاصة به.

خفض التكاليف

• يؤدي استخدام هيكل محرك واحد إلى تقليل عدد المحركات المطلوبة، وبالتالي خفض التكاليف.

تطبيق موسع

• وسوف تركز الأبحاث المستقبلية على تطوير روبوتات التنظيف المناسبة لمختلف التضاريس والظروف البيئية لتلبية احتياجات أنواع مختلفة من محطات الطاقة الشمسية.

الكشف التلقائي

• إن استخدام طرق الكشف الذكية للتعرف التلقائي على جودة التنظيف من شأنه أن يعزز وظائف نظام التحكم بشكل أكبر، ويحسن استقلالية وموثوقية الروبوتات.

في الختام، يُعدّ روبوت تنظيف الألواح الشمسية تطورًا حيويًا لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة النظيفة، مع مواجهة تحديات الحفاظ على كفاءة الألواح الكهروضوئية. ومن خلال تصميمه وتنفيذه الذكي، يُقدّم هذا المشروع حلاً واعدًا لتعزيز كفاءة إنتاج الطاقة الشمسية.