摘 要：近年来，我国政府推出一系列鼓励太阳能光伏发展的政策，国家政策的支持再加上光伏技术的成熟，中国的光伏制造企业飞速发展，中国光伏产品产量已经超过全球总产量的70%，2018年底我国光伏发电装机容量占全国总发电容量的比例将超过10%。但是光伏产业周边配套设施严重滞后，光伏发电的关键元件-太阳能电池板的清洁问题迟迟无法解决，太阳能电池板清洗设备普及率极低。本文将介绍一种屋顶太阳能电池板智能清洗机器人就是专门针对这一问题设计的产品，该机器人通过新型薄膜组件自发电提供动力，并且配备换向装置，可以自主跨越太阳能电池板阵列之间的间隙，实现同一屋顶多跨度的连续清洗工作。
关键词：光伏发电;太阳能电池板;清洗;机器人
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.088
0 前言
现如今中国光伏产品新增与累计装机容量均位列全球第一。光伏产品在使用过程中迫切需要解决如何清洗太阳能电池板的问题，因为太阳能电池板毫无疑问地用于室外，灰尘及空气中的其他杂质落到上面，从而遮挡电池板，特别雨雪天气后，杂质和雨水混合，形成污垢，轻则影响电池板的功效;重则形成热斑，损坏电池板，导致整个阵列无法工作，太阳能电池板是太阳能发电系统的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。太阳能电池板的理论发电效率是25-30%，实际是20-25%;受污染后发电效率降为10-18%，甚至更低。因此电池板的清洁程度对发电效率和效益的影响非常之大，解决清洗问题势在必行。大型光伏电站实际运行中，如果使用人工清洗，成本高效率低，频繁踩踏组件会影响组件的寿命。目前已经有太阳能电池板的清洗机器人面世，但是存在各种硬伤，如不能自主跨越太阳能电池板阵列之间的间隙，需要借助外力搬运，效率较低。本文所介绍的这种屋顶太阳能电池板智能清洗机器人能高效清洗太阳能电池板，单个连跨屋顶只需配备一台清洗机器人即可实现全天候的清洗工作。
1 屋顶太阳能电池板智能清洗机器人系统结构
1.1 换向装置
换向装置主要由行走车架、导轨、红外限位器、限位锁块等构成。换向装置从根本上改变了清洗机器人的移动范围。现阶段厂房屋顶太阳能发电项目大量上马，由于厂房大多是钢结构，考虑到排烟、采光的因素，厂房有高低跨区分，太阳能光伏板阵列分布又决定了阵列之间必须有距离间隔，屋顶太阳能电池板智能清洗机器人必须跨阵列清洗，这就要求清洗机器人必须具备跨列移动能力，也就是换向能力。只有具备换向能力的机器人才能在同一屋顶自由移动，移动范围的增加将带来清洗效率的倍增，在解决清洗困难的同时，可大幅降低清洗机器人投入数量，节省投入成本。
1.2 自动发电装置
自发电装置主要由新型薄膜组件和角度调整器等构成。机器人之所以智能，前提是必须靠自身动力完成动作。自发电装置中的新型薄膜组件就为清洗机器人提供了动力来源，它比传统的晶硅组件重量轻，发电性能高，使用新型薄膜组件为清洗机器人提供动力再合适不过了。角度调整器根据太阳光线的角度变化调整薄膜组件的角度，使薄膜组件始终和太阳光线垂直，最大限度的提高了太阳能的转换率，为机器人提供了源源不断的能量，从而实现了机器人动力自给自足，不间断作业。
1.3 储能装置
储能装置主要由充放电控制器、蓄電池组构成，清洗机器人的蓄电池组由两块20AH锂电池组成，锂电池比普通的铅酸电池重量轻，能量密度高，耐震动性好，耐过充电性好，耐大电流性好，非常适合在清洗机器人上使用。通过薄膜组件上产生的电能除了直接供给行走装置外，剩余的电能储存在锂电池，在光照不充分的时候提供给行走装置，实现清洗机器人的连续作业。
1.4 控制系统
控制系统由手持遥控器、接收器、断路器、继电器等构成，控制系统是清洗机器人的大脑，我们使用了西门子6ES7 212-1AB23-0XBO型PLC作为控制模块，该PLC可靠性强，指令丰富，通讯能力强劲，操作便捷。超强的稳定性是操作的基础，它可以确保我们频繁的操作不出故障或低故障。手持遥控器把命令通过PLC传导到驱动电机、清洗用水泵，使清洗机器人完成前进、后退、喷水、滚刷转动等动作。
1.5 行走装置
行走装置由底盘支架、直流驱动电机、滚刷、行走车轮等构成，行走装置相当于汽车的车架，其他部件都在行走装置上定位、组装，我们采用优质铝合金板作为支架的材料，通过铆接的方式构成框架，使轻量化和刚性同时得到兼顾。
1.6 清洗装置
清洗装置由水箱、水泵、喷淋管、滚刷、刮条等构成，根据太阳能电池板上污垢的成分不同，清洗装置有多种方案可供选择，选用不同的滚刷，满足多样化需求，保证清洁高效、彻底。
2 屋顶太阳能电池板智能清洗机器人运行原理
屋顶太阳能电池板智能清洗机器人运行原理：薄膜组件发电后并储存到蓄电池组中，通过遥控装置发出喷淋指令，接收器收到命令后，水泵从水箱中把水抽到滚刷上方的喷淋管里，喷淋管把水喷到滚刷上，随后遥控装置发出前进信号，把信号传输到直流电机，直流电机1驱动行走轮前进，直流电机2驱动滚刷前进，从而清洗屋顶太阳能板上面的污垢，后方的刮条二次除垢，彻底清洗太阳能板。一跨太阳能板清洗完后，重复清洗一遍，到起点后遥控指挥清洗车行走到换向装置的车架上，被限位锁块固定后移动到另一跨太阳能板旁边，限位锁块解锁后，清洗车再次从换向装置的车架上移动到对应跨的屋顶太阳能板上，重复清洗。
3 结语
该机器人已经在金太阳示范工程-林州重机集团股份有限公司20MW光伏电站上成功运行，在很大程度上解决了太阳能电池板表面污垢的清洁问题，并且极大提高清洗效率。我们将不断改良该机器人并积极推广机器人清洗设备，争取市场的认可。
