Lý lịch
Với nhu cầu năng lượng sạch ngày càng tăng trên toàn cầu, năng lượng mặt trời đã nổi lên như một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng. Tuy nhiên, các tấm pin quang điện (PV) tích tụ bụi, phân chim và các chất ô nhiễm khác theo thời gian. Những chất ô nhiễm này không chỉ làm giảm hiệu suất chuyển đổi quang năng thành điện năng mà còn có thể gây ra "hiệu ứng đảo nhiệt", dẫn đến lão hóa hoặc hư hỏng các tấm pin. Do đó, việc thiết kế một robot vệ sinh tấm pin mặt trời hiệu quả là rất cấp thiết.
Ở các vùng đất ngập nước và đồi núi miền Nam Trung Quốc, nguồn năng lượng mặt trời dồi dào, nhưng địa hình phức tạp và vị trí lắp đặt tấm pin quang điện trên cao khiến các phương pháp vệ sinh truyền thống (như vệ sinh thụ động trong điều kiện tự nhiên, vệ sinh thủ công và vệ sinh cơ học) trở nên kém hiệu quả và không an toàn. Điều này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu phát triển robot vệ sinh tấm pin quang điện dựa trên cảm biến thị giác và quang điện để giải quyết những thách thức này.
Thành phần cấu trúc
Linh kiện cơ khí
- Khung:Robot sử dụng khung hợp kim nhôm để chống gỉ và giảm trọng lượng tổng thể.
- Cơ chế di chuyển:Cơ chế di chuyển bao gồm bánh xe chính và phụ, đường ray và bánh xe dẫn hướng để đảm bảo chuyển động ổn định trên các tấm pin PV nghiêng.
- Cơ chế làm sạch: Gồm có chổi lăn, thiết bị phun và thiết bị thổi, cho phép thực hiện nhiều chế độ làm sạch khác nhau như giặt khô, giặt bằng nước và thổi khô.
Thành phần điều khiển
- Hệ thống điều khiển: Sử dụng vi điều khiển STM32 để có độ tin cậy và tốc độ hoạt động cao.
- Hệ thống cảm biến: Bao gồm các cảm biến thị giác, cảm biến quang điện và công tắc giới hạn để phát hiện các cạnh của tấm pin quang điện, điều kiện ánh sáng và vị trí của robot.
- Hệ thống truyền động: Sử dụng động cơ DC có hộp số với khả năng chống nhiễu mạnh và phản ứng động nhanh.
- Hệ thống làm sạch: Bao gồm thiết bị phun, thiết bị thổi và con lăn chổi để phủ kín toàn bộ bề mặt tấm pin PV trong quá trình vệ sinh.
Các biện pháp thực hiện
Thiết kế cơ chế di động
- Robot điều chỉnh độ căng của đường ray bằng bánh xe căng, còn bánh xe hỗ trợ và bánh xe dẫn hướng duy trì hoạt động bình thường của đường ray.
- Bánh xe dẫn hướng bên hông sử dụng bánh xe phủ cao su để hấp thụ rung động tốt hơn và chống lại tác động cơ học, cho phép lăn dọc theo các cạnh của tấm pin quang điện để tránh trượt.
Thiết kế cơ chế làm sạch
- Con lăn làm sạch sử dụng chổi sợi nylon có cấu trúc xoắn ốc và chuyển động quay khác biệt để tăng hiệu quả làm sạch.
- Các thiết bị phun và thổi giúp tăng diện tích bao phủ trong quá trình vệ sinh và giảm chi phí sử dụng nước.
Thiết kế hệ thống điều khiển
- Các tín hiệu điều khiển được truyền qua giao tiếp nối tiếp Bluetooth, cho phép máy tính phía trên điều chỉnh thiết bị và kiểm soát quá trình mô phỏng vệ sinh trên bảng trình diễn giống như tấm pin quang điện.
- Hệ thống phát hiện ánh sáng và công tắc giới hạn cho phép điều khiển thông minh dựa trên sự thay đổi của ánh sáng xung quanh và khoảng cách ranh giới, cho phép robot tự động khởi động hoặc dừng lại.
Thiết kế hệ thống hút
- Để duy trì độ ổn định trên các tấm pin quang điện nghiêng, robot cần lực hút đủ mạnh. Các tính toán cho thấy lực hút lớn hơn 33,62 N cho phép robot di chuyển trên bề mặt ướt.
- Hai máy tạo chân không được sử dụng, với các cốc hút được bố trí giữa bánh xe chính và bánh xe phụ để giảm thiểu tổn thất lực hút do rò rỉ áp suất âm.
Kết quả thí nghiệm
Hiệu quả làm sạch
- Robot hoạt động ổn định trên các sườn dốc dưới 25°, đạt hiệu suất làm sạch 50 m²/h.
- Tỷ lệ loại bỏ bụi đạt 91.16%, với sai số định vị trung bình của phân chim là 1,38 mm.
Sự ổn định
- Trong suốt quá trình thử nghiệm, robot đã thực hiện hiệu quả các hành động quét qua lại với chuyển động mượt mà và độ rung toàn thân tối thiểu.
- Robot bám chặt vào bề mặt của các tấm pin quang điện, tránh được mọi cú rơi trong nhiều lần thử nghiệm.
Hiệu quả làm sạch
- Bề mặt của các tấm pin quang điện sau khi vệ sinh không có hạt bụi đáng kể, đáp ứng các yêu cầu vệ sinh.
- Tỷ lệ bao phủ là 100%, với độ sạch vệ sinh tổng thể vượt quá 95%, do đó nâng cao hiệu suất phát điện của khu vực được làm sạch thêm khoảng 20%.
Ưu điểm độc đáo của Todo Smart Robot vệ sinh tấm pin mặt trời
Trí thông minh nâng cao
- Bằng cách tối ưu hóa hơn nữa sự kết hợp giữa cảm biến thị giác và cảm biến quang điện, độ chính xác trong việc lập kế hoạch đường đi của robot và tính thông minh của chiến lược làm sạch có thể được cải thiện.
Giảm chi phí
- Việc sử dụng cấu trúc truyền động động cơ đơn giúp giảm thiểu số lượng động cơ cần thiết, do đó giảm chi phí.
Khả năng áp dụng mở rộng
- Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển robot vệ sinh phù hợp với nhiều địa hình và điều kiện môi trường khác nhau để đáp ứng nhu cầu của nhiều loại nhà máy điện mặt trời.
Phát hiện tự động
- Việc sử dụng các phương pháp phát hiện thông minh để tự động nhận dạng chất lượng làm sạch sẽ nâng cao hơn nữa chức năng của hệ thống điều khiển, cải thiện tính tự chủ và độ tin cậy của robot.
Tóm lại, robot vệ sinh tấm pin mặt trời là một bước phát triển quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng sạch ngày càng tăng, đồng thời giải quyết những thách thức trong việc duy trì hiệu suất của các tấm pin quang điện (PV). Thông qua thiết kế và triển khai thông minh, dự án này mang đến một giải pháp đầy hứa hẹn để nâng cao hiệu quả sản xuất năng lượng mặt trời.
