배경
깨끗한 에너지에 대한 글로벌 수요가 증가함에 따라 태양 에너지는 재생 에너지의 중요한 원천으로 부상했습니다. 그러나 태양광(PV) 패널은 시간이 지남에 따라 먼지, 새 똥 및 기타 오염 물질을 축적합니다. 이러한 오염 물질은 광-전기 변환의 효율성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 PV 패널의 노화 또는 손상으로 이어지는 "열섬 효과"를 일으킬 수도 있습니다. 따라서 효율적인 태양광 패널 청소 로봇을 설계해야 할 시급한 필요성이 있습니다.
중국 남부의 습지와 구릉 지역에는 풍부한 태양열 자원이 있지만, PV 패널의 복잡한 지형과 높은 설치 위치로 인해 전통적인 세척 방법(자연 조건에서의 수동 세척, 수동 세척 및 기계적 세척 등)은 비효율적이고 안전하지 않습니다. 이로 인해 연구자들은 이러한 과제를 해결하기 위해 시각 및 광전 센서를 기반으로 하는 PV 패널 세척 로봇을 개발하게 되었습니다.
구조 구성
기계 부품
- 액자: 로봇은 알루미늄 합금 프레임을 사용하여 녹을 방지하고 전체 무게를 줄였습니다.
- 이동성 메커니즘: 보행 메커니즘에는 기본 휠과 보조 휠, 트랙, 가이드 휠이 포함되어 있어 경사 PV 패널에서 안정적인 움직임을 보장합니다.
- 청소 메커니즘: 롤러형 브러시와 분사장치, 송풍장치로 구성되어 있어, 건식세척, 물세척, 송풍건조 등 다양한 세척 모드가 가능합니다.
제어 구성 요소
- 제어 시스템: 높은 신뢰성과 동작 속도를 위해 STM32 마이크로컨트롤러를 사용합니다.
- 센서 시스템: PV 패널의 가장자리, 조명 조건 및 로봇의 위치를 감지하기 위한 시각 센서, 광전 센서 및 리미트 스위치가 포함되어 있습니다.
- 드라이브 시스템: 강력한 간섭 방지 기능과 빠른 동적 반응을 제공하는 DC 기어 모터를 사용합니다.
- 청소 시스템: 세척 시 PV 패널 표면을 완전히 덮기 위한 분무 장치, 송풍 장치, 브러시 롤러로 구성되어 있습니다.
구현 조치
이동성 메커니즘 설계
- 로봇은 장력 휠을 사용하여 트랙의 장력을 조정하고, 지지 및 안내 휠은 트랙이 적절하게 작동하도록 유지합니다.
- 측면 가이드 휠은 진동 흡수력과 기계적 충격에 대한 저항성을 높이기 위해 고무로 코팅된 휠을 사용하여 PV 패널의 가장자리를 따라 굴러가면서 미끄러짐을 방지합니다.
세척 메커니즘 설계
- 청소 롤러는 나선형 구조와 차등 회전 기능을 갖춘 나일론 필라멘트 브러시를 사용하여 청소 효율을 높였습니다.
- 분무 및 송풍 장치를 사용하면 세척 시 적용 범위가 넓어지고 물 사용 비용이 줄어듭니다.
제어 시스템 설계
- 제어 신호는 Bluetooth 직렬 통신을 통해 전송되며, 이를 통해 상위 컴퓨터는 장치를 조정하고 PV 패널과 비슷한 데모 보드에서 청소 시뮬레이션을 제어할 수 있습니다.
- 빛 감지 시스템과 리미트 스위치를 통해 주변 빛 변화와 경계 거리에 따른 지능형 제어가 가능해 로봇이 자동으로 시작되거나 멈출 수 있습니다.
흡입 시스템 설계
- 기울어진 PV 패널에서 안정성을 유지하려면 로봇에 적절한 흡입력이 필요합니다. 계산에 따르면 33.62N보다 큰 흡입력이 있으면 로봇이 젖은 표면을 횡단할 수 있습니다.
- 두 개의 진공 발생기가 사용되고, 1차 휠과 보조 휠 사이에 흡입 컵이 배치되어 음압 누출로 인한 흡입 손실을 최소화합니다.
실험 결과
청소 효율성
- 로봇은 25° 이하의 경사면에서 안정적으로 작동하며 50m²/h의 청소 효율을 달성합니다.
- 먼지 제거율은 91.16%에 달하며, 새 똥의 평균 위치 오차는 1.38mm입니다.
안정
- 실험 내내 로봇은 원활한 동작과 최소한의 전체적 신체 진동으로 앞뒤로 쓸어넘기는 동작을 효과적으로 수행했습니다.
- 로봇은 PV 패널 표면에 단단히 부착되어 여러 테스트 동안 낙하 사고를 성공적으로 방지했습니다.
청소 효과
- 세척 후 PV 패널 표면에는 심각한 먼지 입자가 나타나지 않아 세척 요건을 충족했습니다.
- 적용률은 100%였으며, 전체 세척 청정도는 95%를 초과하여 세척 구역의 발전 효율을 약 20%만큼 향상시켰습니다.
Todo Smart의 독특한 장점 태양광 패널 청소 로봇
강화된 지능
- 시각 및 광전 센서의 융합을 더욱 최적화함으로써 로봇의 경로 계획 정확도와 청소 전략의 지능을 개선할 수 있습니다.
비용 절감
- 단일 모터 구동 구조를 사용하면 필요한 모터 수가 최소화되어 비용이 절감됩니다.
확장된 적용성
- 향후 연구는 다양한 유형의 태양광 발전소의 요구를 충족하기 위해 다양한 지형 및 환경 조건에 적합한 청소 로봇을 개발하는 데 중점을 둘 것입니다.
자동 감지
- 세척 품질을 자동으로 인식하기 위한 지능형 감지 방법을 활용하면 제어 시스템의 기능성이 더욱 향상되고 로봇의 자율성과 신뢰성이 향상됩니다.
결론적으로, 태양광 패널 세척 로봇은 PV 패널의 효율성을 유지하는 데 따른 과제를 해결하면서 증가하는 청정 에너지 수요를 충족하는 데 필수적인 개발입니다. 이 프로젝트는 지능적인 설계와 구현을 통해 태양광 에너지 생산 효율성을 높이기 위한 유망한 솔루션을 제시합니다.
