Fondo
Con la creciente demanda mundial de energía limpia, la energía solar se ha convertido en una importante fuente de energía renovable. Sin embargo, los paneles fotovoltaicos (FV) acumulan polvo, excrementos de aves y otros contaminantes con el tiempo. Estos contaminantes no solo reducen la eficiencia de la conversión de luz en electricidad, sino que también pueden causar el "efecto isla de calor", lo que provoca el envejecimiento o daño de los paneles fotovoltaicos. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de diseñar un robot de limpieza de paneles solares eficiente.
En las zonas húmedas y montañosas del sur de China, existen abundantes recursos solares, pero la complejidad del terreno y las ubicaciones elevadas de instalación de los paneles fotovoltaicos hacen que los métodos de limpieza tradicionales (como la limpieza pasiva en condiciones naturales, la limpieza manual y la limpieza mecánica) sean ineficientes e inseguros. Esto ha impulsado a los investigadores a desarrollar robots de limpieza de paneles fotovoltaicos basados en sensores visuales y fotoeléctricos para abordar estos desafíos.
Composición estructural
Componentes mecánicos
- Marco:El robot utiliza un marco de aleación de aluminio para evitar la oxidación y reducir su peso total.
- Mecanismo de movilidad:El mecanismo de marcha incluye ruedas primarias y auxiliares, pistas y ruedas guía para garantizar un movimiento estable en paneles fotovoltaicos inclinados.
- Mecanismo de limpieza:Consiste en un cepillo tipo rodillo, un dispositivo rociador y un dispositivo de soplado, lo que permite varios modos de limpieza, como limpieza en seco, limpieza con agua y secado con soplado.
Componentes de control
- Sistema de control:Utiliza un microcontrolador STM32 para alta confiabilidad y velocidad de operación.
- Sistema de sensores:Incluye sensores visuales, sensores fotoeléctricos e interruptores de límite para detectar los bordes de los paneles fotovoltaicos, las condiciones de iluminación y la posición del robot.
- Sistema de accionamiento:Emplea motores con engranajes de CC con fuertes capacidades antiinterferencias y rápida respuesta dinámica.
- Sistema de limpieza:Consiste en un dispositivo de pulverización, un dispositivo de soplado y un rodillo de cepillo para cubrir completamente la superficie del panel fotovoltaico durante la limpieza.
Medidas de implementación
Diseño de mecanismos de movilidad
- El robot ajusta la tensión de las orugas mediante ruedas tensoras, y las ruedas de soporte y guía mantienen el funcionamiento adecuado de las orugas.
- Las ruedas de guía laterales utilizan ruedas recubiertas de goma para una mejor absorción de vibraciones y resistencia a los impactos mecánicos, permitiendo rodar por los bordes de los paneles fotovoltaicos para evitar deslizamientos.
Diseño del mecanismo de limpieza
- El rodillo de limpieza utiliza cepillos de filamento de nailon con estructura helicoidal y rotación diferencial para mejorar la eficiencia de limpieza.
- Los dispositivos de pulverización y soplado aumentan el área de cobertura durante la limpieza y reducen los costos de uso de agua.
Diseño de sistemas de control
- Las señales de control se transmiten a través de la comunicación serial Bluetooth, lo que permite que la computadora superior ajuste el dispositivo y controle la simulación de limpieza en una placa de demostración similar al panel fotovoltaico.
- El sistema de detección de luz y los interruptores de límite permiten un control inteligente basado en las variaciones de la luz ambiental y la distancia del límite, lo que permite que el robot se inicie o se detenga automáticamente.
Diseño de sistemas de succión
- Para mantener la estabilidad en paneles fotovoltaicos inclinados, el robot requiere una potencia de succión adecuada. Los cálculos indican que una fuerza de succión superior a 33,62 N le permite atravesar superficies húmedas.
- Se utilizan dos generadores de vacío, con ventosas dispuestas entre las ruedas primarias y auxiliares para minimizar la pérdida de succión por fugas de presión negativa.
Resultados del experimento
Eficiencia de limpieza
- El robot funciona de forma estable en pendientes inferiores a 25°, alcanzando una eficiencia de limpieza de 50 m²/h.
- La tasa de eliminación de polvo alcanza 91,16%, con un error de posicionamiento promedio de excrementos de aves de 1,38 mm.
Estabilidad
- A lo largo de los experimentos, el robot realizó eficazmente acciones de barrido de ida y vuelta con un movimiento suave y una vibración corporal general mínima.
- El robot se adhirió firmemente a la superficie de los paneles fotovoltaicos, evitando con éxito caídas durante múltiples pruebas.
Eficacia de limpieza
- La superficie de los paneles fotovoltaicos después de la limpieza no mostró partículas significativas de polvo, cumpliendo con los requisitos de limpieza.
- La tasa de cobertura fue de 100%, con una limpieza general superior a 95%, mejorando así la eficiencia de generación de electricidad del área limpiada en aproximadamente 20%.
Ventajas únicas del Todo Smart Robot de limpieza de paneles solares
Inteligencia mejorada
- Al optimizar aún más la fusión de sensores visuales y fotoeléctricos, se puede mejorar la precisión de la planificación de la trayectoria del robot y la inteligencia de su estrategia de limpieza.
Reducción de costos
- El uso de una única estructura de accionamiento del motor minimiza la cantidad de motores necesarios, lo que reduce los costos.
Aplicabilidad ampliada
- Las investigaciones futuras se centrarán en el desarrollo de robots de limpieza adecuados para diversos terrenos y condiciones ambientales para satisfacer las necesidades de distintos tipos de plantas de energía solar.
Detección automática
- El uso de métodos de detección inteligentes para el reconocimiento automático de la calidad de la limpieza mejorará aún más la funcionalidad del sistema de control, mejorando la autonomía y la confiabilidad de los robots.
En conclusión, el robot de limpieza de paneles solares es un avance fundamental para satisfacer la creciente demanda de energía limpia, a la vez que aborda los desafíos que plantea el mantenimiento de la eficiencia de los paneles fotovoltaicos. Gracias a su diseño e implementación inteligentes, este proyecto presenta una solución prometedora para mejorar la eficiencia de la producción de energía solar.
