Háttér
A tiszta energia iránti globális kereslet növekedésével a napenergia a megújuló energia fontos forrásává vált. A fotovoltaikus (PV) panelek azonban idővel felhalmozzák a port, a madárürüléket és más szennyező anyagokat. Ezek a szennyeződések nemcsak csökkentik a fény-elektromos átalakítás hatékonyságát, hanem „hősziget-effektust” is okozhatnak, ami a PV panelek elöregedéséhez vagy károsodásához vezet. Ezért sürgősen szükség van egy hatékony napelem-tisztító robot tervezésére.
Dél-Kína vizes élőhelyein és dombos területein bőséges napenergia-források léteznek, de a PV panelek bonyolult domborzata és magas beépítési helyei miatt a hagyományos tisztítási módszerek (például a természetes körülmények között végzett passzív tisztítás, a kézi tisztítás és a mechanikai tisztítás) nem hatékonyak és nem biztonságosak. Ez arra késztette a kutatókat, hogy vizuális és fotoelektromos érzékelőkön alapuló PV paneltisztító robotokat fejlesszenek ki e kihívások kezelésére.
Szerkezeti összetétel
Mechanikai alkatrészek
- Keret: A robot alumíniumötvözet vázat használ a rozsdásodás megelőzésére és az összsúly csökkentésére.
- Mobilitási mechanizmus: A járómechanizmus elsődleges és segédkerekeket, nyomokat és vezetőkereket tartalmaz, hogy stabil mozgást biztosítson a ferde PV paneleken.
- Tisztítási Mechanizmus: Ez egy hengeres keféből, permetezőkészülékből és fúvókészülékből áll, amelyek lehetővé teszik a különböző tisztítási módokat, mint például a vegytisztítást, a víztisztítást és a szárítást.
Vezérlőelemek
- Vezérlőrendszer: STM32 mikrokontrollert használ a nagy megbízhatóság és működési sebesség érdekében.
- Érzékelő rendszer: Tartalmaz vizuális érzékelőket, fotoelektromos érzékelőket és végálláskapcsolókat a napelemes panelek széleinek, a fényviszonyoknak és a robot helyzetének érzékelésére.
- Hajtásrendszer: Egyenáramú hajtóműves motorokat alkalmaz, erős interferencia-elhárító képességgel és gyors dinamikus reakcióval.
- Tisztító rendszer: Permetezőkészülékből, fúvókészülékből és kefehengerből áll, amelyek a PV panel felületét teljesen lefedik a tisztítás során.
Végrehajtási intézkedések
Mobilitási mechanizmus tervezése
- A robot feszítőkerekek segítségével állítja be a nyomok feszességét, a támasztó- és vezetőkerekek pedig fenntartják a megfelelő pályaműködést.
- Az oldalsó vezetőkerekek gumibevonatú kerekeket használnak a jobb rezgéselnyelés és a mechanikai hatásokkal szembeni ellenállás érdekében, lehetővé téve a PV panelek szélei mentén történő gördülést a csúszás megakadályozása érdekében.
Tisztítási mechanizmus tervezése
- A tisztítóhenger spirális szerkezetű nejlonszálas keféket használ, amelyek differenciált forgásirányban javítják a tisztítási hatékonyságot.
- A permetező és fúvóberendezések növelik a lefedett területet a tisztítás során, és csökkentik a vízhasználati költségeket.
Vezérlőrendszer tervezése
- A vezérlőjelek továbbítása Bluetooth soros kommunikáción keresztül történik, lehetővé téve a felső számítógép számára az eszköz beállítását és a tisztítási szimuláció vezérlését a PV panelre emlékeztető bemutató táblán.
- A fényérzékelő rendszer és a végálláskapcsolók intelligens vezérlést tesznek lehetővé a környezeti fény és a határtávolság változása alapján, lehetővé téve a robot automatikus elindulását vagy leállítását.
Szívórendszer tervezése
- A ferde PV paneleken a stabilitás fenntartásához a robotnak megfelelő szívóerőre van szüksége. A számítások azt mutatják, hogy a 33,62 N-nál nagyobb szívóerő lehetővé teszi a robot számára, hogy áthaladjon a nedves felületeken.
- Két vákuumgenerátort alkalmaznak, szívókorongokkal az elsődleges és a segédkerék között, hogy minimálisra csökkentsék a negatív nyomású szivárgásokból eredő szívóveszteséget.
Kísérleti eredmények
Tisztítási hatékonyság
- A robot stabilan működik 25° alatti lejtőkön, 50 m²/h tisztítási hatékonyságot érve el.
- A poreltávolítási sebesség eléri a 91.16%-t, a madárürülék átlagos pozicionálási hibája 1,38 mm.
Stabilitás
- A kísérletek során a robot hatékonyan végzett oda-vissza seprő műveleteket sima mozgással és minimális testrezgés mellett.
- A robot szorosan tapadt a PV panelek felületéhez, sikeresen elkerülve az esetleges leeséseket a többszöri teszt során.
Tisztítási hatékonyság
- A napelem panelek felületén az utólagos tisztítás nem mutatott jelentős porszemcséket, megfelel a tisztítási követelményeknek.
- A lefedettség 100% volt, a teljes tisztítási tisztaság pedig meghaladta a 95%-t, ezzel mintegy 20%-val növelve a tisztított terület villamosenergia-termelési hatékonyságát.
A Todo Smart egyedülálló előnyei Napelem tisztító robot
Továbbfejlesztett intelligencia
- A vizuális és fotoelektromos érzékelők fúziójának további optimalizálásával a robot útvonaltervezési pontossága és tisztítási stratégiájának intelligenciája javítható.
Költségcsökkentés
- Az egyetlen motoros hajtásszerkezet használata minimálisra csökkenti a szükséges motorok számát, ezáltal csökkenti a költségeket.
Kibővített alkalmazhatóság
- A jövőbeli kutatások a különféle terepekhez és környezeti feltételekhez megfelelő tisztítórobotok fejlesztésére összpontosítanak, hogy megfeleljenek a különféle típusú naperőművek igényeinek.
Automatikus észlelés
- Az intelligens észlelési módszerek alkalmazása a tisztítási minőség automatikus felismerésére tovább javítja a vezérlőrendszer funkcionalitását, javítva a robotok autonómiáját és megbízhatóságát.
Összefoglalva, a napelem-tisztító robot létfontosságú fejlesztés a tiszta energia iránti növekvő kereslet kielégítésében, miközben megbirkózik a PV panelek hatékonyságának fenntartásával járó kihívásokkal. Az intelligens tervezés és megvalósítás révén ez a projekt ígéretes megoldást kínál a napenergia-termelés hatékonyságának növelésére.
