背景
クリーンエネルギーに対する世界的な需要が高まる中、太陽エネルギーは再生可能エネルギーの重要な源として浮上しています。しかし、太陽光発電 (PV) パネルには時間の経過とともにほこりや鳥の糞などの汚染物質が蓄積します。これらの汚染物質は光から電気への変換効率を低下させるだけでなく、「ヒートアイランド効果」を引き起こし、PV パネルの劣化や損傷につながる可能性があります。そのため、効率的な太陽光パネル清掃ロボットを設計することが急務となっています。
中国南部の湿地や丘陵地帯には豊富な太陽光資源がありますが、地形が複雑でPVパネルの設置場所が高いため、従来の清掃方法（自然条件下での受動清掃、手動清掃、機械清掃など）は非効率的で安全ではありません。そのため、研究者はこれらの課題に対処するために、視覚センサーと光電センサーをベースにしたPVパネル清掃ロボットの開発に取り組んでいます。
構造構成
機械部品
- フレーム: ロボットは錆を防ぎ、全体の重量を軽減するためにアルミニウム合金フレームを使用しています。
- 移動機構: 歩行機構には、主車輪、補助車輪、トラック、ガイド車輪が含まれており、傾斜した PV パネル上での安定した移動を保証します。
- クリーニング機構: ローラー式ブラシ、噴霧装置、送風装置で構成されており、乾式洗浄、水洗浄、送風乾燥など、さまざまな洗浄モードが可能です。
制御コンポーネント
- 制御システム: 高い信頼性と動作速度を実現するSTM32マイクロコントローラを採用。
- センサーシステム: 視覚センサー、光電センサー、リミットスイッチが含まれており、PV パネルのエッジ、照明条件、ロボットの位置を検出します。
- 駆動システム: 強力な耐干渉性と迅速な動的応答性を備えた DC ギヤード モーターを採用しています。
- クリーニングシステム: 洗浄時にPVパネル表面を完全にカバーするための噴霧装置、吹き付け装置、ブラシローラーで構成されています。
実施措置
移動機構設計
- ロボットは張力調整ホイールを使用して履帯の張力を調整し、サポートホイールとガイドホイールが適切な履帯の動作を維持します。
- サイドガイドホイールにはゴムコーティングされたホイールが使用されており、振動吸収性と機械的衝撃に対する耐性が向上し、PV パネルの端に沿って転がり、滑りを防止します。
クリーニング機構設計
- クリーニングローラーは、らせん構造と差動回転を備えたナイロンフィラメントブラシを使用しており、クリーニング効率を高めています。
- 噴霧および吹き付け装置により、清掃時のカバー範囲が広がり、水の使用コストが削減されます。
制御システム設計
- 制御信号は Bluetooth シリアル通信を介して送信され、上位コンピュータがデバイスを調整し、PV パネルに似たデモンストレーション ボード上のクリーニング シミュレーションを制御できるようになります。
- 光検出システムとリミットスイッチにより、周囲の光と境界距離の変化に基づいたインテリジェントな制御が可能になり、ロボットを自動的に起動または停止できます。
吸引システム設計
- 傾斜した PV パネル上で安定性を維持するには、ロボットに十分な吸引力が必要です。計算によると、33.62 N を超える吸引力があれば、ロボットは濡れた表面を移動できます。
- 2 つの真空発生器が採用されており、主輪と補助輪の間に吸盤が配置され、負圧漏れによる吸引損失を最小限に抑えます。
実験結果
清掃効率
- ロボットは25°以下の傾斜でも安定して動作し、50m²/時の清掃効率を実現します。
- 除塵率は91.16%に達し、鳥の糞の平均位置決め誤差は1.38mmです。
安定性
- 実験を通して、ロボットはスムーズな動きと最小限の全体的な体の振動で、前後に掃く動作を効果的に実行しました。
- ロボットはPVパネルの表面にしっかりと密着し、複数回のテストで落下を回避しました。
洗浄効果
- 洗浄後の PV パネルの表面には目立った塵埃の粒子は見られず、洗浄要件を満たしていました。
- カバー率は100%で、全体の清掃清浄度は95%を超え、清掃エリアの発電効率は約20%向上しました。
Todo Smartのユニークな利点 太陽光パネル清掃ロボット
強化されたインテリジェンス
- 視覚センサーと光電センサーの融合をさらに最適化することで、ロボットの経路計画精度と清掃戦略のインテリジェンスを向上させることができます。
コスト削減
- 単一モーター駆動構造の採用により、必要なモーターの数が最小限に抑えられ、コストが削減されます。
適用範囲の拡大
- 今後の研究では、多様なタイプの太陽光発電所のニーズを満たすために、さまざまな地形や環境条件に適した清掃ロボットの開発に重点が置かれます。
自動検出
- 清掃品質の自動認識にインテリジェントな検出方法を活用することで、制御システムの機能がさらに強化され、ロボットの自律性と信頼性が向上します。
結論として、太陽光パネル清掃ロボットは、クリーンエネルギーの需要の高まりに対応しながら、PVパネルの効率維持に伴う課題に対処するための重要な開発です。このプロジェクトは、インテリジェントな設計と実装を通じて、太陽エネルギーの生産効率を高めるための有望なソリューションを提示します。
