รายงานโครงการหุ่นยนต์ทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์

พื้นหลัง

ด้วยความต้องการพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก พลังงานแสงอาทิตย์จึงกลายเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม แผงโซลาร์เซลล์ (PV) จะสะสมฝุ่น มูลนก และสารมลพิษอื่นๆ เมื่อเวลาผ่านไป สารปนเปื้อนเหล่านี้ไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิด “ปรากฏการณ์เกาะความร้อน” ซึ่งนำไปสู่การเสื่อมสภาพหรือความเสียหายของแผงโซลาร์เซลล์ ดังนั้น จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนในการออกแบบหุ่นยนต์ทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพ

ในพื้นที่ชุ่มน้ำและพื้นที่ภูเขาทางตอนใต้ของจีน มีแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์อยู่มากมาย แต่ภูมิประเทศที่ซับซ้อนและตำแหน่งติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ที่สูงทำให้วิธีการทำความสะอาดแบบดั้งเดิม (เช่น การทำความสะอาดแบบพาสซีฟในสภาพธรรมชาติ การทำความสะอาดด้วยมือ และการทำความสะอาดด้วยเครื่องจักร) ไม่มีประสิทธิภาพและไม่ปลอดภัย สิ่งนี้กระตุ้นให้นักวิจัยพัฒนาหุ่นยนต์ทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้เซ็นเซอร์แบบมองเห็นและแบบโฟโตอิเล็กทริกเพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้

องค์ประกอบโครงสร้าง

ส่วนประกอบทางกล

• กรอบ:หุ่นยนต์ใช้โครงอลูมิเนียมอัลลอยด์เพื่อป้องกันสนิมและลดน้ำหนักโดยรวม
• กลไกการเคลื่อนที่:กลไกการเดินประกอบด้วยล้อหลักและล้อเสริม ราง และล้อนำทางเพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนที่บนแผง PV เอียงมีความเสถียร
• กลไกการทำความสะอาด:ประกอบด้วยแปรงลูกกลิ้ง อุปกรณ์ฉีดพ่น และอุปกรณ์เป่าลม ช่วยให้สามารถทำความสะอาดได้หลายรูปแบบ เช่น การซักแห้ง การล้างด้วยน้ำ และการเป่าลมแห้ง

ส่วนประกอบการควบคุม

• ระบบควบคุม:ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32 เพื่อความน่าเชื่อถือและความเร็วในการทำงานที่สูง
• ระบบเซ็นเซอร์:ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ภาพ เซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริก และสวิตช์จำกัดเพื่อตรวจจับขอบแผง PV สภาพแสง และตำแหน่งของหุ่นยนต์
• ระบบขับเคลื่อน:ใช้มอเตอร์เกียร์ DC ที่มีคุณสมบัติป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่งและตอบสนองแบบไดนามิกอย่างรวดเร็ว
• ระบบทำความสะอาด:ประกอบด้วยอุปกรณ์ฉีดพ่น อุปกรณ์เป่าลม และลูกกลิ้งแปรงเพื่อคลุมพื้นผิวแผง PV ให้หมดในระหว่างการทำความสะอาด

มาตรการดำเนินการ

การออกแบบกลไกการเคลื่อนที่

• หุ่นยนต์ปรับความตึงของรางโดยใช้ล้อปรับความตึง และล้อรองรับและล้อนำทางจะรักษาการทำงานของรางให้เหมาะสม
• ล้อนำทางด้านข้างใช้ล้อเคลือบยางเพื่อการดูดซับแรงสั่นสะเทือนและทนต่อแรงกระแทกทางกลได้ดีขึ้น ช่วยให้กลิ้งไปตามขอบแผง PV ได้เพื่อป้องกันการเลื่อนไถล

การออกแบบกลไกการทำความสะอาด

• ลูกกลิ้งทำความสะอาดใช้แปรงเส้นใยไนลอนที่มีโครงสร้างเกลียวและการหมุนที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความสะอาด
• อุปกรณ์ฉีดพ่นและเป่าลมช่วยเพิ่มพื้นที่ครอบคลุมในระหว่างการทำความสะอาดและลดต้นทุนการใช้น้ำ

การออกแบบระบบควบคุม

• สัญญาณควบคุมจะถูกส่งผ่านการสื่อสารแบบอนุกรมบลูทูธ ช่วยให้คอมพิวเตอร์ส่วนบนสามารถปรับอุปกรณ์และควบคุมการจำลองการทำความสะอาดบนแผงสาธิตที่คล้ายกับแผง PV ได้
• ระบบตรวจจับแสงและสวิตช์จำกัดช่วยให้สามารถควบคุมอัจฉริยะได้โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงของแสงโดยรอบและระยะห่างของขอบเขต ช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเริ่มหรือหยุดได้โดยอัตโนมัติ

การออกแบบระบบดูด

• เพื่อรักษาเสถียรภาพบนแผงโซลาร์เซลล์แบบเอียง หุ่นยนต์จำเป็นต้องมีกำลังดูดที่เพียงพอ จากการคำนวณพบว่าแรงดูดที่มากกว่า 33.62 นิวตัน ช่วยให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่บนพื้นผิวเปียกได้
• มีการใช้เครื่องสร้างสุญญากาศสองเครื่อง โดยมีถ้วยดูดจัดเรียงระหว่างล้อหลักและล้อเสริมเพื่อลดการสูญเสียการดูดจากการรั่วไหลของแรงดันลบ

ผลการทดลอง

ประสิทธิภาพการทำความสะอาด

• หุ่นยนต์ทำงานได้อย่างเสถียรบนทางลาดที่ต่ำกว่า 25° ส่งผลให้มีประสิทธิภาพในการทำความสะอาด 50 ตร.ม./ชม.
• อัตราการกำจัดฝุ่นสูงถึง 91.16% โดยมีความคลาดเคลื่อนในการวางตำแหน่งมูลนกโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 1.38 มม.

เสถียรภาพ

• ตลอดการทดลอง หุ่นยนต์ได้ทำการเคลื่อนที่ไปมาอย่างมีประสิทธิภาพด้วยการเคลื่อนไหวที่ราบรื่นและการสั่นสะเทือนของร่างกายโดยรวมที่น้อยที่สุด
• หุ่นยนต์ยึดติดแน่นกับพื้นผิวของแผง PV และสามารถหลีกเลี่ยงการตกหล่นระหว่างการทดสอบหลายครั้งได้สำเร็จ

ประสิทธิภาพการทำความสะอาด

• พื้นผิวของแผง PV หลังการทำความสะอาดไม่แสดงอนุภาคฝุ่นที่มีนัยสำคัญ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดในการทำความสะอาด
• อัตราการครอบคลุมอยู่ที่ 100% โดยความสะอาดในการทำความสะอาดโดยรวมเกิน 95% จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของพื้นที่ที่ทำความสะอาดประมาณ 20%

ข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์ของ Todo Smart หุ่นยนต์ทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์

ปัญญาประดิษฐ์

• การปรับปรุงการผสานเซ็นเซอร์ภาพและเซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริกให้ดียิ่งขึ้น จะทำให้ความแม่นยำในการวางแผนเส้นทางของหุ่นยนต์และความชาญฉลาดในกลยุทธ์การทำความสะอาดดีขึ้น

การลดต้นทุน

• การใช้โครงสร้างขับเคลื่อนมอเตอร์ตัวเดียวช่วยลดจำนวนมอเตอร์ที่จำเป็น ส่งผลให้ต้นทุนลดลง

ขยายขอบเขตการใช้งาน

• การวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาหุ่นยนต์ทำความสะอาดที่เหมาะกับภูมิประเทศและสภาพแวดล้อมที่หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทต่างๆ

การตรวจจับอัตโนมัติ

• การใช้วิธีการตรวจจับอัจฉริยะเพื่อการจดจำคุณภาพการทำความสะอาดโดยอัตโนมัติ จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบควบคุมให้ดียิ่งขึ้น อีกทั้งยังปรับปรุงความเป็นอิสระและความน่าเชื่อถือของหุ่นยนต์อีกด้วย

สรุปได้ว่า หุ่นยนต์ทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์ถือเป็นการพัฒนาที่สำคัญอย่างยิ่งยวดเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้น พร้อมกับรับมือกับความท้าทายในการรักษาประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ ด้วยการออกแบบและการใช้งานที่ชาญฉลาด โครงการนี้จึงเป็นทางออกที่มีแนวโน้มดีสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์