Sfondo
Con la crescente domanda globale di energia pulita, l'energia solare è emersa come un'importante fonte di energia rinnovabile. Tuttavia, i pannelli fotovoltaici (PV) accumulano polvere, escrementi di uccelli e altri inquinanti nel tempo. Questi contaminanti non solo riducono l'efficienza della conversione della luce in elettricità, ma possono anche causare l'"effetto isola di calore", che porta all'invecchiamento o al danneggiamento dei pannelli fotovoltaici. Pertanto, c'è un'urgente necessità di progettare un robot efficiente per la pulizia dei pannelli solari.
Nelle zone umide e collinari della Cina meridionale, esistono abbondanti risorse solari, ma il terreno complesso e le posizioni elevate di installazione dei pannelli fotovoltaici rendono i metodi di pulizia tradizionali (come la pulizia passiva in condizioni naturali, la pulizia manuale e la pulizia meccanica) inefficienti e non sicuri. Ciò ha spinto i ricercatori a sviluppare robot per la pulizia dei pannelli fotovoltaici basati su sensori visivi e fotoelettrici per affrontare queste sfide.
Composizione strutturale
Componenti meccanici
- Telaio:Il robot utilizza un telaio in lega di alluminio per prevenire la ruggine e ridurne il peso complessivo.
- Meccanismo di mobilità:Il meccanismo di camminata comprende ruote primarie e ausiliarie, binari e ruote guida per garantire un movimento stabile sui pannelli fotovoltaici inclinati.
- Meccanismo di pulizia: È costituito da una spazzola a rullo, un dispositivo di spruzzatura e un dispositivo di soffiaggio, consentendo varie modalità di pulizia come la pulizia a secco, la pulizia con acqua e l'asciugatura tramite soffiaggio.
Componenti di controllo
- Sistema di controllo: Utilizza un microcontrollore STM32 per elevata affidabilità e velocità operativa.
- Sistema di sensori: Include sensori visivi, sensori fotoelettrici e finecorsa per rilevare i bordi dei pannelli fotovoltaici, le condizioni di illuminazione e la posizione del robot.
- Sistema di azionamento: Utilizza motoriduttori a corrente continua con elevate capacità anti-interferenza e rapida risposta dinamica.
- Sistema di pulizia: È costituito da un dispositivo di spruzzatura, un dispositivo di soffiaggio e un rullo spazzola per coprire completamente la superficie del pannello fotovoltaico durante la pulizia.
Misure di attuazione
Progettazione del meccanismo di mobilità
- Il robot regola la tensione dei cingoli mediante ruote tenditrici, mentre le ruote di supporto e di guida garantiscono il corretto funzionamento dei cingoli.
- Le ruote di guida laterali sono dotate di ruote rivestite in gomma per un migliore assorbimento delle vibrazioni e una migliore resistenza agli impatti meccanici, consentendo il rotolamento lungo i bordi dei pannelli fotovoltaici ed evitandone lo scivolamento.
Progettazione del meccanismo di pulizia
- Il rullo di pulizia utilizza spazzole in filamento di nylon con struttura elicoidale e rotazione differenziale per migliorare l'efficienza della pulizia.
- I dispositivi di spruzzatura e soffiaggio aumentano l'area di copertura durante la pulizia e riducono i costi di utilizzo dell'acqua.
Progettazione del sistema di controllo
- I segnali di controllo vengono trasmessi tramite comunicazione seriale Bluetooth, consentendo al computer superiore di regolare il dispositivo e controllare la simulazione della pulizia su una scheda dimostrativa che ricorda il pannello fotovoltaico.
- Il sistema di rilevamento della luce e gli interruttori di finecorsa consentono un controllo intelligente basato sulle variazioni della luce ambientale e della distanza dal confine, consentendo al robot di avviarsi o arrestarsi automaticamente.
Progettazione del sistema di aspirazione
- Per mantenere la stabilità sui pannelli fotovoltaici inclinati, il robot necessita di una potenza di aspirazione adeguata. I calcoli indicano che una forza di aspirazione superiore a 33,62 N consente al robot di attraversare superfici bagnate.
- Vengono impiegati due generatori di vuoto, con ventose disposte tra le ruote primarie e ausiliarie per ridurre al minimo la perdita di aspirazione dovuta a perdite di pressione negativa.
Risultati dell'esperimento
Efficienza di pulizia
- Il robot funziona stabilmente su pendenze inferiori a 25°, raggiungendo un'efficienza di pulizia di 50 m²/h.
- La velocità di rimozione della polvere raggiunge 91,16%, con un errore medio di posizionamento degli escrementi di uccelli di 1,38 mm.
Stabilità
- Durante gli esperimenti, il robot ha eseguito efficacemente movimenti di spazzata avanti e indietro con movimenti fluidi e vibrazioni minime del corpo.
- Il robot ha aderito saldamente alla superficie dei pannelli fotovoltaici, evitando con successo qualsiasi caduta durante i numerosi test.
Efficacia della pulizia
- Dopo la pulizia, la superficie dei pannelli fotovoltaici non ha evidenziato particelle di polvere significative, soddisfacendo così i requisiti di pulizia.
- Il tasso di copertura è stato di 100%, con una pulizia complessiva superiore a 95%, migliorando così l'efficienza di generazione di energia elettrica dell'area pulita di circa 20%.
Vantaggi unici di Todo Smart Robot per la pulizia dei pannelli solari
Intelligenza migliorata
- Ottimizzando ulteriormente la fusione di sensori visivi e fotoelettrici, è possibile migliorare la precisione della pianificazione del percorso del robot e l'intelligenza della sua strategia di pulizia.
Riduzione dei costi
- L'impiego di una struttura con un unico motore riduce al minimo il numero di motori necessari, abbassando così i costi.
Applicabilità estesa
- La ricerca futura si concentrerà sullo sviluppo di robot per la pulizia adatti a diversi terreni e condizioni ambientali, per soddisfare le esigenze di diversi tipi di centrali solari.
Rilevamento automatico
- L'impiego di metodi di rilevamento intelligenti per il riconoscimento automatico della qualità della pulizia migliorerà ulteriormente la funzionalità del sistema di controllo, migliorando l'autonomia e l'affidabilità dei robot.
In conclusione, il robot per la pulizia dei pannelli solari è uno sviluppo fondamentale per soddisfare la crescente domanda di energia pulita, affrontando al contempo le sfide poste dal mantenimento dell'efficienza dei pannelli fotovoltaici. Attraverso una progettazione e un'implementazione intelligenti, questo progetto presenta una soluzione promettente per migliorare l'efficienza della produzione di energia solare.
