Фон
С ростом мирового спроса на чистую энергию солнечная энергия стала важным источником возобновляемой энергии. Однако со временем фотоэлектрические (PV) панели накапливают пыль, птичий помет и другие загрязняющие вещества. Эти загрязняющие вещества не только снижают эффективность преобразования света в электричество, но и могут вызывать «эффект острова тепла», что приводит к старению или повреждению PV-панелей. Поэтому существует острая необходимость в разработке эффективного робота для очистки солнечных панелей.
Водно-болотные угодья и холмистые районы южного Китая богаты солнечными ресурсами, но сложный рельеф и возвышенные места установки фотоэлектрических панелей делают традиционные методы очистки (такие как пассивная очистка в естественных условиях, ручная очистка и механическая очистка) неэффективными и небезопасными. Это побудило исследователей разработать роботов для очистки фотоэлектрических панелей на основе визуальных и фотоэлектрических датчиков для решения этих проблем.
Структурный состав
Механические компоненты
- Рамка: Рама робота изготовлена из алюминиевого сплава, что предотвращает появление ржавчины и снижает его общий вес.
- Механизм мобильности: Шагающий механизм включает в себя основные и вспомогательные колеса, гусеницы и направляющие колеса для обеспечения устойчивого движения на наклонных фотоэлектрических панелях.
- Механизм очистки: состоит из щетки-валика, распылительного устройства и продувочного устройства, что позволяет использовать различные режимы очистки, такие как сухая чистка, очистка водой и сушка феном.
Компоненты управления
- Система управления: Использует микроконтроллер STM32 для высокой надежности и скорости работы.
- Сенсорная система: Включает в себя визуальные датчики, фотоэлектрические датчики и концевые выключатели для обнаружения краев фотоэлектрических панелей, условий освещения и положения робота.
- Система привода: Использует редукторные двигатели постоянного тока с высокой помехоустойчивостью и быстрым динамическим откликом.
- Система очистки: Состоит из распылительного устройства, продувочного устройства и щеточного валика для полного покрытия поверхности фотоэлектрической панели во время очистки.
Меры по реализации
Конструкция механизма мобильности
- Робот регулирует натяжение гусениц с помощью натяжных колес, а опорные и направляющие колеса поддерживают правильную работу гусениц.
- Боковые направляющие колеса оснащены резиновым покрытием для лучшего поглощения вибрации и устойчивости к механическим воздействиям, что позволяет катиться по краям фотоэлектрических панелей, предотвращая скольжение.
Конструкция механизма очистки
- Чистящий ролик оснащен нейлоновыми щетками со спиральной структурой и дифференциальным вращением для повышения эффективности очистки.
- Распылительные и продувочные устройства увеличивают площадь покрытия во время уборки и сокращают расходы на воду.
Проектирование системы управления
- Управляющие сигналы передаются по последовательному каналу связи Bluetooth, что позволяет верхнему компьютеру настраивать устройство и управлять моделированием очистки на демонстрационной плате, напоминающей фотоэлектрическую панель.
- Система обнаружения света и концевые выключатели обеспечивают интеллектуальное управление на основе изменений окружающего освещения и расстояния до границ, позволяя роботу автоматически запускаться и останавливаться.
Конструкция системы всасывания
- Для поддержания устойчивости на наклонных фотоэлектрических панелях роботу требуется достаточная мощность всасывания. Расчеты показывают, что сила всасывания более 33,62 Н позволяет роботу пересекать влажные поверхности.
- Используются два вакуумных генератора с присосками, расположенными между основным и вспомогательным колесами, чтобы свести к минимуму потери всасывания из-за утечек отрицательного давления.
Результаты эксперимента
Эффективность очистки
- Робот стабильно работает на уклонах до 25°, достигая эффективности уборки 50 м²/ч.
- Скорость удаления пыли достигает 91,16%, при этом средняя погрешность определения местоположения птичьего помета составляет 1,38 мм.
Стабильность
- На протяжении всего эксперимента робот эффективно выполнял возвратно-поступательные подметальные движения с плавным движением и минимальной общей вибрацией корпуса.
- Робот прочно прилегал к поверхности фотоэлектрических панелей, успешно избежав падений в ходе многочисленных испытаний.
Эффективность очистки
- На поверхности фотоэлектрических панелей после очистки не обнаружено значительных частиц пыли, что соответствует требованиям по очистке.
- Коэффициент покрытия составил 100%, при этом общая чистота очистки превысила 95%, что повысило эффективность выработки электроэнергии на очищенной территории примерно на 20%.
Уникальные преимущества Todo Smart Робот для очистки солнечных панелей
Улучшенный интеллект
- Дальнейшая оптимизация взаимодействия визуальных и фотоэлектрических датчиков позволит повысить точность планирования пути робота и интеллектуальность его стратегии уборки.
Сокращение затрат
- Использование одномоторной конструкции привода сводит к минимуму количество необходимых двигателей, тем самым снижая затраты.
Расширенная применимость
- Дальнейшие исследования будут сосредоточены на разработке роботов-уборщиков, подходящих для различных ландшафтов и условий окружающей среды, чтобы удовлетворить потребности различных типов солнечных электростанций.
Автоматическое обнаружение
- Использование интеллектуальных методов обнаружения для автоматического распознавания качества уборки еще больше расширит функциональность системы управления, повысив автономность и надежность роботов.
В заключение, робот для очистки солнечных панелей является жизненно важной разработкой для удовлетворения растущего спроса на чистую энергию, одновременно решая проблемы, связанные с поддержанием эффективности фотоэлектрических панелей. Благодаря интеллектуальному проектированию и внедрению этот проект представляет собой многообещающее решение для повышения эффективности производства солнечной энергии.
