Arrière-plan
Avec la demande mondiale croissante en énergie propre, l’énergie solaire est devenue une source importante d’énergie renouvelable. Cependant, les panneaux photovoltaïques (PV) accumulent au fil du temps de la poussière, des fientes d’oiseaux et d’autres polluants. Ces contaminants réduisent non seulement l’efficacité de la conversion de la lumière en électricité, mais peuvent également provoquer un « effet d’îlot de chaleur », entraînant le vieillissement ou l’endommagement des panneaux PV. Il est donc urgent de concevoir un robot de nettoyage de panneaux solaires efficace.
Dans les zones humides et montagneuses du sud de la Chine, les ressources solaires sont abondantes, mais le terrain complexe et les emplacements surélevés des panneaux photovoltaïques rendent les méthodes de nettoyage traditionnelles (telles que le nettoyage passif dans des conditions naturelles, le nettoyage manuel et le nettoyage mécanique) inefficaces et dangereuses. Cela a incité les chercheurs à développer des robots de nettoyage de panneaux photovoltaïques basés sur des capteurs visuels et photoélectriques pour relever ces défis.
Composition structurelle
Composants mécaniques
- Cadre:Le robot utilise un cadre en alliage d'aluminium pour éviter la rouille et réduire son poids global.
- Mécanisme de mobilité:Le mécanisme de marche comprend des roues primaires et auxiliaires, des chenilles et des roues de guidage pour assurer un mouvement stable sur des panneaux photovoltaïques inclinés.
- Mécanisme de nettoyage:Il s'agit d'une brosse de type rouleau, d'un dispositif de pulvérisation et d'un dispositif de soufflage, permettant différents modes de nettoyage tels que le nettoyage à sec, le nettoyage à l'eau et le séchage par soufflage.
Composants de contrôle
- Système de contrôle:Utilise un microcontrôleur STM32 pour une fiabilité et une vitesse de fonctionnement élevées.
- Système de capteurs:Comprend des capteurs visuels, des capteurs photoélectriques et des interrupteurs de fin de course pour détecter les bords des panneaux photovoltaïques, les conditions d'éclairage et la position du robot.
- Système d'entraînement:Utilise des moteurs à engrenages à courant continu dotés de fortes capacités anti-interférences et d'une réponse dynamique rapide.
- Système de nettoyage:Il est composé d'un dispositif de pulvérisation, d'un dispositif de soufflage et d'un rouleau à brosse pour couvrir complètement la surface du panneau photovoltaïque pendant le nettoyage.
Mesures de mise en œuvre
Conception de mécanismes de mobilité
- Le robot ajuste la tension des chenilles à l'aide de roues de tension, et les roues de support et de guidage maintiennent le bon fonctionnement des chenilles.
- Les roues de guidage latérales utilisent des roues recouvertes de caoutchouc pour une meilleure absorption des vibrations et une meilleure résistance aux impacts mécaniques, permettant de rouler le long des bords des panneaux PV pour éviter tout glissement.
Conception du mécanisme de nettoyage
- Le rouleau de nettoyage utilise des brosses à filaments de nylon avec une structure hélicoïdale et une rotation différentielle pour améliorer l'efficacité du nettoyage.
- Les dispositifs de pulvérisation et de soufflage augmentent la zone de couverture lors du nettoyage et réduisent les coûts de consommation d'eau.
Conception du système de contrôle
- Les signaux de contrôle sont transmis via une communication série Bluetooth, permettant à l'ordinateur supérieur de régler l'appareil et de contrôler la simulation de nettoyage sur une carte de démonstration ressemblant au panneau PV.
- Le système de détection de lumière et les interrupteurs de fin de course permettent un contrôle intelligent basé sur les variations de la lumière ambiante et de la distance limite, permettant au robot de démarrer ou de s'arrêter automatiquement.
Conception du système d'aspiration
- Pour maintenir la stabilité sur les panneaux photovoltaïques inclinés, le robot a besoin d'une puissance d'aspiration adéquate. Les calculs indiquent qu'une force d'aspiration supérieure à 33,62 N permet au robot de traverser des surfaces humides.
- Deux générateurs de vide sont utilisés, avec des ventouses disposées entre les roues primaires et auxiliaires pour minimiser les pertes d'aspiration dues aux fuites de pression négative.
Résultats de l'expérience
Efficacité de nettoyage
- Le robot fonctionne de manière stable sur des pentes inférieures à 25°, atteignant une efficacité de nettoyage de 50 m²/h.
- Le taux d'élimination de la poussière atteint 91,16%, avec une erreur de positionnement moyenne des fientes d'oiseaux de 1,38 mm.
Stabilité
- Tout au long des expériences, le robot a effectué efficacement des mouvements de va-et-vient avec des mouvements fluides et une vibration corporelle globale minimale.
- Le robot a adhéré étroitement à la surface des panneaux photovoltaïques, évitant avec succès toute chute lors de plusieurs tests.
Efficacité du nettoyage
- La surface des panneaux photovoltaïques après nettoyage n'a montré aucune particule de poussière significative, répondant ainsi aux exigences de nettoyage.
- Le taux de couverture était de 100%, avec une propreté de nettoyage globale dépassant 95%, améliorant ainsi l'efficacité de production d'électricité de la zone nettoyée d'environ 20%.
Avantages uniques de Todo Smart Robot nettoyeur de panneaux solaires
Intelligence améliorée
- En optimisant davantage la fusion des capteurs visuels et photoélectriques, la précision de la planification du trajet du robot et l'intelligence de sa stratégie de nettoyage peuvent être améliorées.
Réduction des coûts
- L’utilisation d’une structure d’entraînement à moteur unique minimise le nombre de moteurs requis, réduisant ainsi les coûts.
Applicabilité élargie
- Les recherches futures se concentreront sur le développement de robots de nettoyage adaptés à divers terrains et conditions environnementales pour répondre aux besoins de divers types de centrales solaires.
Détection automatique
- L’utilisation de méthodes de détection intelligentes pour la reconnaissance automatique de la qualité du nettoyage améliorera encore la fonctionnalité du système de contrôle, améliorant ainsi l’autonomie et la fiabilité des robots.
En conclusion, le robot de nettoyage de panneaux solaires est un développement essentiel pour répondre à la demande croissante d'énergie propre tout en relevant les défis posés par le maintien de l'efficacité des panneaux photovoltaïques. Grâce à une conception et une mise en œuvre intelligentes, ce projet présente une solution prometteuse pour améliorer l'efficacité de la production d'énergie solaire.
