Achtergrond
Met de toenemende wereldwijde vraag naar schone energie is zonne-energie uitgegroeid tot een belangrijke bron van hernieuwbare energie. Fotovoltaïsche (PV) panelen verzamelen echter na verloop van tijd stof, vogelpoep en andere vervuilende stoffen. Deze vervuilende stoffen verminderen niet alleen de efficiëntie van de omzetting van licht in elektriciteit, maar kunnen ook het "hitte-eilandeffect" veroorzaken, wat leidt tot veroudering of beschadiging van de PV-panelen. Daarom is er dringend behoefte aan het ontwerpen van een efficiënte reinigingsrobot voor zonnepanelen.
In de moerasgebieden en heuvelachtige gebieden van Zuid-China zijn er overvloedige zonne-energiebronnen, maar het complexe terrein en de verhoogde installatielocaties van fotovoltaïsche panelen maken traditionele reinigingsmethoden (zoals passieve reiniging onder natuurlijke omstandigheden, handmatige reiniging en mechanische reiniging) inefficiënt en onveilig. Dit heeft onderzoekers ertoe aangezet om reinigingsrobots voor fotovoltaïsche panelen te ontwikkelen op basis van visuele en foto-elektrische sensoren om deze uitdagingen aan te pakken.
Structurele samenstelling
Mechanische componenten
- Kader:De robot maakt gebruik van een frame van aluminiumlegering om roest te voorkomen en het totale gewicht te verlagen.
- Mobiliteitsmechanisme:Het loopmechanisme bestaat uit primaire en hulpwielen, rupsbanden en geleidingswielen om een stabiele beweging op hellende PV-panelen te garanderen.
- Reinigingsmechanisme:Dit bestaat uit een rolborstel, een sproei-inrichting en een blaasinrichting, waardoor verschillende reinigingsmethoden mogelijk zijn, zoals droogreinigen, reinigen met water en droogblazen.
Besturingscomponenten
- Controlesysteem: Maakt gebruik van een STM32-microcontroller voor hoge betrouwbaarheid en werksnelheid.
- Sensorsysteem:Omvat visuele sensoren, foto-elektrische sensoren en eindschakelaars om de randen van PV-panelen, lichtomstandigheden en de positie van de robot te detecteren.
- Aandrijfsysteem: Maakt gebruik van DC-tandwielmotoren met sterke anti-interferentiecapaciteiten en snelle dynamische respons.
- Reinigingssysteem: Bestaat uit een sproei-inrichting, blaasinrichting en borstelrol om het oppervlak van het PV-paneel volledig te bedekken tijdens het reinigen.
Uitvoeringsmaatregelen
Ontwerp van mobiliteitsmechanismen
- De robot regelt de spanning van de rupsbanden met behulp van spanwielen, en de steun- en geleidingswielen zorgen ervoor dat de rupsbanden goed functioneren.
- De zijgeleidingswielen zijn voorzien van rubberen wielen voor een betere absorptie van trillingen en een betere weerstand tegen mechanische impact. Bovendien kunnen ze langs de randen van de PV-panelen rollen om wegglijden te voorkomen.
Ontwerp van het reinigingsmechanisme
- De reinigingsrol is voorzien van nylondraadborstels met een spiraalvormige structuur en differentiële rotatie om de reinigingsefficiëntie te verbeteren.
- De sproei- en blaasinrichtingen vergroten het te reinigen oppervlak en verlagen de waterkosten.
Ontwerp van het besturingssysteem
- De besturingssignalen worden via Bluetooth-seriële communicatie verzonden, waardoor de bovenste computer het apparaat kan afstellen en de reinigingssimulatie kan besturen op een demonstratiebord dat lijkt op het PV-paneel.
- Het lichtdetectiesysteem en de eindschakelaars maken intelligente besturing mogelijk op basis van variaties in omgevingslicht en grensafstand, waardoor de robot automatisch kan starten en stoppen.
Ontwerp van het zuigsysteem
- Om de stabiliteit op hellende zonnepanelen te behouden, heeft de robot voldoende zuigkracht nodig. Berekeningen geven aan dat een zuigkracht groter dan 33,62 N de robot in staat stelt om over natte oppervlakken te rijden.
- Er worden twee vacuümgeneratoren gebruikt, met zuignappen tussen het primaire en het hulpwiel om zuigverlies door negatieve druklekken tot een minimum te beperken.
Experimentele resultaten
Reinigingsefficiëntie
- De robot werkt stabiel op hellingen met een hellingshoek van minder dan 25° en bereikt een reinigingsefficiëntie van 50 m²/u.
- Het stofverwijderingspercentage bedraagt 91.16%, met een gemiddelde positioneringsfout van vogelpoep van 1,38 mm.
Stabiliteit
- Tijdens de experimenten voerde de robot effectief heen-en-weergaande bewegingen uit met vloeiende bewegingen en minimale algehele lichaamstrillingen.
- De robot bleef stevig vastzitten aan het oppervlak van de PV-panelen en wist tijdens diverse tests te voorkomen dat hij eraf viel.
Reinigingseffectiviteit
- Het oppervlak van de PV-panelen werd na reiniging zonder noemenswaardige stofdeeltjes aangetroffen. Daarmee voldeden de panelen aan de reinigingseisen.
- De dekkingsgraad bedroeg 100%, met een algemene reinigingsreinheid van meer dan 95%. Hierdoor werd de elektriciteitsopwekkingsefficiëntie van het gereinigde gebied met ongeveer 20% verbeterd.
Unieke voordelen van de Todo Smart Zonnepaneelreinigingsrobot
Verbeterde intelligentie
- Door de combinatie van visuele en foto-elektrische sensoren verder te optimaliseren, kunnen de nauwkeurigheid van de routeplanning van de robot en de intelligentie van zijn schoonmaakstrategie worden verbeterd.
Kostenreductie
- Door gebruik te maken van een aandrijfstructuur met één enkele motor, wordt het aantal benodigde motoren geminimaliseerd en worden de kosten verlaagd.
Uitgebreide toepasbaarheid
- Toekomstig onderzoek zal zich richten op de ontwikkeling van schoonmaakrobots die geschikt zijn voor verschillende terreinen en omgevingsomstandigheden, om zo te voldoen aan de behoeften van verschillende soorten zonne-energiecentrales.
Automatische detectie
- Door gebruik te maken van intelligente detectiemethoden voor automatische herkenning van de schoonmaakkwaliteit wordt de functionaliteit van het besturingssysteem verder verbeterd, wat de autonomie en betrouwbaarheid van de robots ten goede komt.
Concluderend is de reinigingsrobot voor zonnepanelen een essentiële ontwikkeling om te voldoen aan de toenemende vraag naar schone energie en tegelijkertijd de uitdagingen aan te gaan die gepaard gaan met het behoud van de efficiëntie van zonnepanelen. Door intelligent ontwerp en implementatie presenteert dit project een veelbelovende oplossing voor het verbeteren van de efficiëntie van de zonne-energieproductie.
