Fundal
Odată cu creșterea cererii globale de energie curată, energia solară a devenit o sursă importantă de energie regenerabilă. Cu toate acestea, panourile fotovoltaice (PV) acumulează praf, excremente de păsări și alți poluanți în timp. Acești contaminanți nu numai că reduc eficiența conversiei luminii în electricitate, dar pot provoca și „efectul de insulă termică”, ducând la îmbătrânirea sau deteriorarea panourilor fotovoltaice. Prin urmare, există o nevoie urgentă de a proiecta un robot eficient de curățare a panourilor solare.
În zonele umede și deluroase din sudul Chinei există resurse solare abundente, însă terenul complex și locațiile de instalare la înălțime ale panourilor fotovoltaice fac ca metodele tradiționale de curățare (cum ar fi curățarea pasivă în condiții naturale, curățarea manuală și curățarea mecanică) să fie ineficiente și nesigure. Acest lucru i-a determinat pe cercetători să dezvolte roboți de curățare a panourilor fotovoltaice bazați pe senzori vizuali și fotoelectrici pentru a aborda aceste provocări.
Compoziție structurală
Componente mecanice
- CadruRobotul folosește un cadru din aliaj de aluminiu pentru a preveni ruginirea și a reduce greutatea totală.
- Mecanismul de mobilitateMecanismul de mers include roți principale și auxiliare, șine și roți de ghidare pentru a asigura o mișcare stabilă pe panourile fotovoltaice înclinate.
- Mecanism de curățareAceasta constă dintr-o perie tip rolă, un dispozitiv de pulverizare și un dispozitiv de suflare, permițând diverse moduri de curățare, cum ar fi curățarea chimică, curățarea cu apă și uscarea cu suflare.
Componente de control
- Sistem de controlUtilizează un microcontroler STM32 pentru fiabilitate ridicată și viteză de operare.
- Sistem de senzoriInclude senzori vizuali, senzori fotoelectrici și comutatoare de limită pentru a detecta marginile panourilor fotovoltaice, condițiile de iluminare și poziția robotului.
- Sistem de acționareUtilizează motoare cu angrenaje de curent continuu cu capacități anti-interferențe puternice și răspuns dinamic rapid.
- Sistem de curățareConstă dintr-un dispozitiv de pulverizare, un dispozitiv de suflare și o rolă cu perie pentru a acoperi complet suprafața panoului fotovoltaic în timpul curățării.
Măsuri de implementare
Proiectarea mecanismului de mobilitate
- Robotul ajustează tensiunea șinelor folosind roți de tensionare, iar roțile de susținere și de ghidare mențin funcționarea corectă a șinei.
- Roțile de ghidare laterale utilizează roți acoperite cu cauciuc pentru o mai bună absorbție a vibrațiilor și rezistență la impacturi mecanice, permițând rularea de-a lungul marginilor panourilor fotovoltaice pentru a preveni alunecarea.
Proiectarea mecanismului de curățare
- Rola de curățare folosește perii din filament de nailon cu structură elicoidală și rotație diferențială pentru a îmbunătăți eficiența curățării.
- Dispozitivele de pulverizare și suflare măresc zona de acoperire în timpul curățării și reduc costurile de utilizare a apei.
Proiectarea sistemului de control
- Semnalele de control sunt transmise prin comunicație serială Bluetooth, permițând computerului superior să ajusteze dispozitivul și să controleze simularea curățării pe o placă demonstrativă asemănătoare panoului fotovoltaic.
- Sistemul de detectare a luminii și comutatoarele de limită permit un control inteligent bazat pe variațiile luminii ambientale și ale distanței față de limită, permițând robotului să pornească sau să se oprească automat.
Proiectarea sistemului de aspirație
- Pentru a menține stabilitatea pe panourile fotovoltaice înclinate, robotul necesită o putere de aspirație adecvată. Calculele indică faptul că o forță de aspirație mai mare de 33,62 N permite robotului să traverseze suprafețe umede.
- Se utilizează două generatoare de vid, cu ventuze dispuse între roțile primare și cele auxiliare pentru a minimiza pierderile de aspirație cauzate de scurgerile de presiune negativă.
Rezultatele experimentului
Eficiența curățării
- Robotul funcționează stabil pe pante sub 25°, atingând o eficiență de curățare de 50 m²/h.
- Rata de îndepărtare a prafului atinge 91.16%, cu o eroare medie de poziționare a excrementelor de păsări de 1.38 mm.
Stabilitate
- Pe parcursul experimentelor, robotul a efectuat eficient mișcări de măturare înainte și înapoi, cu o mișcare lină și vibrații minime ale corpului.
- Robotul a aderat strâns la suprafața panourilor fotovoltaice, evitând cu succes orice cădere în timpul testelor multiple.
Eficacitatea curățării
- Suprafața panourilor fotovoltaice după curățare nu a prezentat particule semnificative de praf, îndeplinind cerințele de curățare.
- Rata de acoperire a fost de 100%, cu o curățenie generală care a depășit 95%, sporind astfel eficiența generării de energie electrică a zonei curățate cu aproximativ 20%.
Avantajele unice ale Todo Smart Robot de curățare a panourilor solare
Inteligență îmbunătățită
- Prin optimizarea suplimentară a fuziunii senzorilor vizuali și fotoelectrici, se pot îmbunătăți precizia planificării traiectoriei robotului și inteligența strategiei sale de curățare.
Reducerea costurilor
- Utilizarea unei structuri de acționare cu un singur motor minimizează numărul de motoare necesare, reducând astfel costurile.
Aplicabilitate extinsă
- Cercetările viitoare se vor concentra pe dezvoltarea de roboți de curățare potriviți pentru diverse terenuri și condiții de mediu, pentru a satisface nevoile diverselor tipuri de centrale solare.
Detectare automată
- Utilizarea metodelor inteligente de detectare pentru recunoașterea automată a calității curățării va îmbunătăți și mai mult funcționalitatea sistemului de control, îmbunătățind autonomia și fiabilitatea roboților.
În concluzie, robotul de curățare a panourilor solare este o dezvoltare vitală pentru a satisface cererea tot mai mare de energie curată, abordând în același timp provocările reprezentate de menținerea eficienței panourilor fotovoltaice. Prin proiectare și implementare inteligentă, acest proiect prezintă o soluție promițătoare pentru creșterea eficienței producției de energie solară.
