Hintergrund
Mit der weltweit steigenden Nachfrage nach sauberer Energie hat sich Solarenergie zu einer wichtigen erneuerbaren Energiequelle entwickelt. Allerdings sammeln sich auf Photovoltaikmodulen (PV-Modulen) mit der Zeit Staub, Vogelkot und andere Schadstoffe an. Diese Verunreinigungen verringern nicht nur die Effizienz der Licht-in-Strom-Umwandlung, sondern können auch den „Wärmeinseleffekt“ verursachen, der zur Alterung oder Beschädigung der PV-Module führt. Daher besteht dringender Bedarf an der Entwicklung eines effizienten Reinigungsroboters für Solarmodule.
In den Feuchtgebieten und Hügeln Südchinas gibt es reichlich Solarenergie. Das komplexe Gelände und die erhöhten Installationsstandorte der PV-Module machen jedoch herkömmliche Reinigungsmethoden (wie passive Reinigung unter natürlichen Bedingungen, manuelle Reinigung und mechanische Reinigung) ineffizient und unsicher. Daher haben Forscher Reinigungsroboter für PV-Module entwickelt, die auf optischen und photoelektrischen Sensoren basieren, um diese Herausforderungen zu bewältigen.
Strukturelle Zusammensetzung
Mechanische Komponenten
- Rahmen: Der Roboter verwendet einen Rahmen aus Aluminiumlegierung, um Rost zu verhindern und sein Gesamtgewicht zu reduzieren.
- Mobilitätsmechanismus: Der Laufmechanismus umfasst Primär- und Hilfsräder, Schienen und Führungsräder, um eine stabile Bewegung auf geneigten PV-Modulen zu gewährleisten.
- Reinigungsmechanismus: Dieses besteht aus einer Walzenbürste, einer Sprühvorrichtung und einer Blasvorrichtung und ermöglicht verschiedene Reinigungsmodi wie Trockenreinigung, Wasserreinigung und Trockenblasen.
Steuerungskomponenten
- Steuerungssystem: Verwendet einen STM32-Mikrocontroller für hohe Zuverlässigkeit und Betriebsgeschwindigkeit.
- Sensorsystem: Enthält visuelle Sensoren, fotoelektrische Sensoren und Endschalter zum Erkennen der Kanten von PV-Modulen, der Lichtverhältnisse und der Position des Roboters.
- Antriebssystem: Verwendet Gleichstrom-Getriebemotoren mit starker Entstörungseigenschaft und schneller dynamischer Reaktion.
- Reinigungssystem: Besteht aus einer Sprühvorrichtung, einer Blasvorrichtung und einer Bürstenrolle, um die Oberfläche des PV-Panels während der Reinigung vollständig abzudecken.
Umsetzungsmaßnahmen
Design des Mobilitätsmechanismus
- Der Roboter reguliert die Kettenspannung mithilfe von Spannrädern und die Stütz- und Führungsräder sorgen für einen ordnungsgemäßen Kettenbetrieb.
- Die seitlichen Führungsräder sind mit Gummi überzogen, um Vibrationen besser zu absorbieren und mechanischen Stößen standzuhalten. Sie ermöglichen das Rollen entlang der Kanten der PV-Module und verhindern so ein Verrutschen.
Design des Reinigungsmechanismus
- Die Reinigungswalze verwendet Nylonfilamentbürsten mit Spiralstruktur und Differenzialrotation, um die Reinigungseffizienz zu verbessern.
- Die Sprüh- und Blasvorrichtungen vergrößern die Reinigungsfläche und senken die Wasserkosten.
Steuerungssystemdesign
- Die Steuersignale werden über die serielle Bluetooth-Kommunikation übertragen, sodass der übergeordnete Computer das Gerät anpassen und die Reinigungssimulation auf einer Demonstrationsplatine steuern kann, die dem PV-Panel ähnelt.
- Das Lichterkennungssystem und die Endschalter ermöglichen eine intelligente Steuerung auf Grundlage von Schwankungen des Umgebungslichts und des Grenzabstands, sodass der Roboter automatisch starten oder stoppen kann.
Saugsystemdesign
- Um die Stabilität auf geneigten PV-Modulen zu gewährleisten, benötigt der Roboter ausreichend Saugkraft. Berechnungen zeigen, dass eine Saugkraft von über 33,62 N es dem Roboter ermöglicht, nasse Oberflächen zu befahren.
- Es werden zwei Vakuumgeneratoren eingesetzt, wobei zwischen den Primär- und Hilfsrädern Saugnäpfe angeordnet sind, um den Saugverlust durch Unterdrucklecks zu minimieren.
Versuchsergebnisse
Reinigungseffizienz
- Der Roboter arbeitet stabil an Hängen unter 25° und erreicht eine Reinigungsleistung von 50 m²/h.
- Die Staubentfernungsrate erreicht 91,16%, wobei der durchschnittliche Positionierungsfehler des Vogelkots 1,38 mm beträgt.
Stabilität
- Während der gesamten Experimente führte der Roboter effektiv Vor- und Rückwärtsbewegungen mit gleichmäßigen Bewegungen und minimaler Gesamtkörpervibration aus.
- Der Roboter haftete fest an der Oberfläche der PV-Module und konnte bei mehreren Tests Stürze erfolgreich vermeiden.
Reinigungseffektivität
- Die Oberfläche der PV-Module wies nach der Reinigung keine nennenswerten Staubpartikel auf und erfüllte damit die Reinigungsanforderungen.
- Die Abdeckungsrate betrug 100%, wobei die Gesamtreinigungsreinheit 95% überstieg, wodurch die Effizienz der Stromerzeugung im gereinigten Bereich um etwa 20% gesteigert wurde.
Einzigartige Vorteile des Todo Smart Solarmodul-Reinigungsroboter
Verbesserte Intelligenz
- Durch die weitere Optimierung der Fusion von visuellen und fotoelektrischen Sensoren können die Pfadplanungsgenauigkeit des Roboters und die Intelligenz seiner Reinigungsstrategie verbessert werden.
Kostensenkung
- Durch die Verwendung einer Einzelmotor-Antriebsstruktur wird die Anzahl der erforderlichen Motoren minimiert und somit die Kosten gesenkt.
Erweiterte Anwendbarkeit
- Der Schwerpunkt künftiger Forschungen wird auf der Entwicklung von Reinigungsrobotern liegen, die für verschiedene Gelände- und Umweltbedingungen geeignet sind, um den Anforderungen unterschiedlicher Arten von Solarkraftwerken gerecht zu werden.
Automatische Erkennung
- Durch den Einsatz intelligenter Detektionsmethoden zur automatischen Erkennung der Reinigungsqualität wird die Funktionalität des Steuerungssystems weiter verbessert und so die Autonomie und Zuverlässigkeit der Roboter gesteigert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Solarmodul-Reinigungsroboter eine wichtige Entwicklung darstellt, um den steigenden Bedarf an sauberer Energie zu decken und gleichzeitig die Herausforderungen der Effizienzerhaltung von PV-Modulen zu bewältigen. Durch intelligentes Design und Implementierung stellt dieses Projekt eine vielversprechende Lösung zur Steigerung der Effizienz der Solarenergieerzeugung dar.
