摘要：本文介绍了一种光伏组件自动无水清扫系统，与传统清扫方式进行了全方位的对比。并通过对六合某光伏电站运行中收集到的各项数据的研究，进一步验证了光伏组件自动无水清扫系统的高效性和必要性。
关键词：无水清扫系统；光伏组件
一、光伏组件清扫方式介绍
近年来，清洁能源的发展日益迅猛，尤其是光伏发电。但是光伏组件表面的清洁度直接影响了发电效率以及光伏组件的使用寿命，因此几乎每一个光伏电站都需要定期清扫光伏组件。目前主要的几种清扫方式及优缺点如下：
1）人工干洗光伏板
人工干洗光伏板主要利用静电吸附原理，用软毛刷或者柔软抹布将面板表面的灰尘和大分子异物刮除。人工干洗光伏板的缺点：一是操作人员的力量不均，有时会使得组件产生形变，造成电池片隐裂，另外一个缺点是，抹布上会沾有过多灰尘，在组件表面上留有部分痕迹，造成大面积阴影遮挡。
2）人工水洗光伏板
人工水洗光伏板主要使用高压水枪，利用水的冲击力清扫面板上的灰尘和污染物。人工水洗光伏板的缺点：对光伏组件水压过大会造成电池片的隐裂，压力过小无法清晰干净。另外，水洗后组件需自行晾干，组件表面会形成水渍，形成微型阴影遮挡。
3）专用清洗设备清洗光伏板
通常以工程车辆为载体改装的清洁设备综合了人工干洗和水洗的特点，通过自带喷水孔的伸缩软毛刷，能满足各种使用环境的要求，对光伏板压力一致性好。工程车辆清洗光伏板的缺点：比较适用于地面平坦且水资源丰富地区，在地势不平整或者缺水地区不适合。
4）自动无水清扫机器人清洗光伏板
采用超柔性尼龙材质的清扫刷对光伏组件进行无水清扫，能够快速将光伏组件上的灰尘清扫出组件，同时能够有效保护光伏组件面板玻璃不被刮伤。机器人能通过远程或就地控制，实现定时清扫，定周期清扫。通过云平台分析计算，自动对特定天气情况下的机器人延迟清扫（如当前天气有大风，清扫出的灰尘会被大风吹回到光伏组件上，影响清扫效果，可以延迟一段时间等天气好转后再清扫）等等。
综合以上几种清洗方式可见，自动无水清扫机器人智能化程度高，优点明显，特别适合大型光伏现场。下面介绍一下自动无水清扫机器人的构成。
二、自动无水清扫机器人构成
自动无水清扫机器人主要由以下几部分构成：机器人控制器，电机驱动单元，信号采集模块，无线发送接收模块，执行清扫机构。
机器人控制器是自动无水清扫机器人的核心部分，主要完成以下几个方面的工作：
1）对各个传感器的数据进行处理，判断出当前的各个信号量，计算出当前光伏组件的清洁度。目前主要采用基于灰度传感器的相关数据来计算。
2）判断当前的各个状态量是否满足启动清扫的条件，如果满足，则执行清扫操作。
3）在清扫过程中，需要监测电机以及各个传感器的状态，以保证各个单元正常运行。
4）将当前的状态，包括各个电气量和开关量等信息通过数据采集系统上送至主站监控系统。
电机驱动单元接收机器人控制器的指令，驱动电机转动，将动力传输到驱动轮上，利用驱动轮和光伏组件之间的摩擦力推动整个机器人行走。这个需要考虑两个方面，一个是驱动电机的动力需要足够大，另外一个方面是要保证驱动轮和光伏组件之间的摩擦力要足够大。在具体设计时需要根据机器的重量，需要爬坡的角度，摩擦系数等等参数来计算出所需要的电机的驱动力，从而选择合适的电机。
信号采集模块主要用于采集机器人当前位置状态，电池的电压电流等参数，光伏组件的灰度及温度等信号。
无线发送接收模块采用了射频技术，连接了机器人控制器和数据采集系统，保障了两者间正常通信。由于采用无线传输，无需各种线缆，方便可靠。
清扫机构一般是直毛刷和滚刷。用于清扫光伏组件上的各种灰尘等。毛刷一般采用非常柔软的材料加工而成，不会对光伏组件造成损伤。
三、主站监控系统和数据采集系统
如今，智能化已经广泛应用于各种场合，自动无水清扫系统仅仅靠自动清扫机器人是不够的，还需要配备主站监控系统和数据采集系统，成为智能化清扫系统。
主站监控系统安装于监控室等类似场合的电脑上。用于监测光伏电站清扫机器人当前的状态，同时可以控制每台清扫机器人执行清扫指令。运维人员可以通过网页或者通过手机APP方式查看每个清扫机器人的各个状态。主站系统界面如图一所示。
图一自动清扫系统主站系统手机APP界面
数据采集系统介于主站监控系统和控制单元之间，主要用于各个控制单元的数据采集，并通过4G通信模块上送至主站监控系统。同时接收主站监控系统下发的控制命令，并发送至需要执行的控制单元。每个数据采集模块会管理最大128个清扫机器人。
四、自动无水清扫机器人主控板硬件构成及软件逻辑
自动无水清扫机器人主控板采用了目前主流的cortex-M4内核的主控芯片，主频达到了180MHz，内部ROM为512KB，内部RAM为128KB，运行FreeRTOS操作系统，具有较好的实时性和多任务并行处理能力，能快速分析各种传感器数据，及时处理各种逻辑任务以及机器人和数据采集器之间的通信数据。机器人单次能清扫的最大距离为800m，整体重量约为30KG。清扫机器人控制器硬件结构见图二。
清扫机器人控制器软件采用了多任务并行处理模式。主要有三个条件触发清扫机执行清扫任务：收到远程主站的清扫命令；收到本地的清扫命令；光伏组件清洁度下降到设定值以下。具体的逻辑如图三所示。
图二清扫机器人控制器硬件结构
图三清扫机器人控制器软件逻辑图
五、运行现场图片及发电曲线图
图四所示为六合某光伏现场试运行光伏清扫机器人的现场图片。从图中也可以看出，清扫后的光伏组件比清扫前干净很多。图五所示为六合某光伏现场试运行光伏清扫机器人的汇流箱输出电流的比对图片。从图中也可以看出，清扫后的输出的直流电流高于清扫前输出电流约20%。
图四 六合某现场运行图片
图五 六合某现场清扫前后电流比对图片
结论：通过自动无水清扫系统对光伏组件进行清扫，能极大提高光伏组件的清洁效率，提升发电效率，提高自动化运维水平，提高光伏电站的整体收益。
参考文献
[1]王亚丽，一种新型太阳能光伏板清洁机器人控制系统的设计，济南；《山东科学》期刊，2017.4
[2]王璐，一种光伏发电站组件自动清扫机器人的应用，济南；《电工技术》期刊，2018.14
[3]江伟，清扫机器人对光伏发电量的提升分析，杭州，《科技风》期刊，2018.16
论文作者:兰挺进
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
标签：光伏论文; 机器人论文; 组件论文; 无水论文; 主站论文; 数据论文; 控制器论文; 《电力设备》2018年第26期论文;