Fundo
Com a crescente demanda global por energia limpa, a energia solar surgiu como uma importante fonte de energia renovável. No entanto, os painéis fotovoltaicos (PV) acumulam poeira, excrementos de pássaros e outros poluentes ao longo do tempo. Esses contaminantes não apenas reduzem a eficiência da conversão de luz em eletricidade, mas também podem causar o "efeito ilha de calor", levando ao envelhecimento ou danos aos painéis PV. Portanto, há uma necessidade urgente de projetar um robô de limpeza de painéis solares eficiente.
Nas áreas pantanosas e montanhosas do sul da China, existem recursos solares abundantes, mas o terreno complexo e os locais elevados de instalação dos painéis fotovoltaicos tornam os métodos de limpeza tradicionais (como limpeza passiva em condições naturais, limpeza manual e limpeza mecânica) ineficientes e inseguros. Isso levou os pesquisadores a desenvolver robôs de limpeza de painéis fotovoltaicos baseados em sensores visuais e fotoelétricos para lidar com esses desafios.
Composição Estrutural
Componentes mecânicos
- Quadro:O robô usa uma estrutura de liga de alumínio para evitar ferrugem e reduzir seu peso total.
- Mecanismo de Mobilidade: O mecanismo de caminhada inclui rodas primárias e auxiliares, trilhos e rodas-guia para garantir movimento estável em painéis fotovoltaicos inclinados.
- Mecanismo de limpeza: Consiste em uma escova tipo rolo, um dispositivo de pulverização e um dispositivo de sopro, permitindo vários modos de limpeza, como limpeza a seco, limpeza com água e secagem por sopro.
Componentes de controle
- Sistema de controle: Utiliza um microcontrolador STM32 para alta confiabilidade e velocidade operacional.
- Sistema de Sensores: Inclui sensores visuais, sensores fotoelétricos e interruptores de limite para detectar as bordas dos painéis fotovoltaicos, as condições de iluminação e a posição do robô.
- Sistema de acionamento: Emprega motoredutores CC com fortes capacidades anti-interferência e resposta dinâmica rápida.
- Sistema de limpeza: Consiste em um dispositivo de pulverização, um dispositivo de sopro e um rolo de escova para cobrir completamente a superfície do painel fotovoltaico durante a limpeza.
Medidas de Implementação
Projeto de Mecanismo de Mobilidade
- O robô ajusta a tensão dos trilhos usando rodas tensoras, e as rodas de suporte e guia mantêm as operações adequadas dos trilhos.
- As rodas de guia laterais utilizam rodas revestidas de borracha para melhor absorção de vibração e resistência a impactos mecânicos, permitindo rolar ao longo das bordas dos painéis fotovoltaicos para evitar deslizamentos.
Projeto de mecanismo de limpeza
- O rolo de limpeza utiliza escovas de filamento de náilon com estrutura helicoidal e rotação diferencial para aumentar a eficiência da limpeza.
- Os dispositivos de pulverização e sopro aumentam a área de cobertura durante a limpeza e reduzem os custos com uso de água.
Projeto do Sistema de Controle
- Os sinais de controle são transmitidos via comunicação serial Bluetooth, permitindo que o computador superior ajuste o dispositivo e controle a simulação de limpeza em uma placa de demonstração semelhante ao painel fotovoltaico.
- O sistema de detecção de luz e os interruptores de limite permitem um controle inteligente com base nas variações da luz ambiente e da distância limite, permitindo que o robô inicie ou pare automaticamente.
Projeto do sistema de sucção
- Para manter a estabilidade em painéis PV inclinados, o robô requer potência de sucção adequada. Cálculos indicam que uma força de sucção maior que 33,62 N permite que o robô atravesse superfícies molhadas.
- São empregados dois geradores de vácuo, com ventosas dispostas entre as rodas primária e auxiliar para minimizar a perda de sucção por vazamentos de pressão negativa.
Resultados do experimento
Eficiência de limpeza
- O robô opera de forma estável em declives abaixo de 25°, alcançando uma eficiência de limpeza de 50 m²/h.
- A taxa de remoção de poeira atinge 91.16%, com um erro médio de posicionamento de excrementos de pássaros de 1,38 mm.
Estabilidade
- Durante os experimentos, o robô executou efetivamente ações de varredura para frente e para trás com movimentos suaves e vibração corporal geral mínima.
- O robô aderiu firmemente à superfície dos painéis fotovoltaicos, evitando com sucesso qualquer queda durante vários testes.
Eficácia da limpeza
- A superfície dos painéis fotovoltaicos após a limpeza não apresentou partículas significativas de poeira, atendendo aos requisitos de limpeza.
- A taxa de cobertura foi de 100%, com uma limpeza geral superior a 95%, aumentando assim a eficiência de geração de eletricidade da área limpa em aproximadamente 20%.
Vantagens exclusivas do Todo Smart Robô de limpeza de painéis solares
Inteligência Aprimorada
- Ao otimizar ainda mais a fusão de sensores visuais e fotoelétricos, a precisão do planejamento do caminho do robô e a inteligência de sua estratégia de limpeza podem ser melhoradas.
Redução de custos
- O uso de uma única estrutura de acionamento de motor minimiza o número de motores necessários, reduzindo assim os custos.
Aplicabilidade expandida
- Pesquisas futuras se concentrarão no desenvolvimento de robôs de limpeza adequados para vários terrenos e condições ambientais para atender às necessidades de diversos tipos de usinas de energia solar.
Detecção Automática
- A utilização de métodos de detecção inteligentes para reconhecimento automático da qualidade da limpeza aumentará ainda mais a funcionalidade do sistema de controle, melhorando a autonomia e a confiabilidade dos robôs.
Concluindo, o robô de limpeza de painéis solares é um desenvolvimento vital para atender à crescente demanda por energia limpa, ao mesmo tempo em que aborda os desafios impostos pela manutenção da eficiência dos painéis fotovoltaicos. Por meio de design e implementação inteligentes, este projeto apresenta uma solução promissora para aumentar a eficiência da produção de energia solar.
