91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者：張毅

   在大型光伏電站運(yùn)營(yíng)過程中，發(fā)電量是電站運(yùn)行的重要指標(biāo)之一。除光伏陣列效率、逆變器轉(zhuǎn)換效率、并網(wǎng)效率等影響因素外，光伏組件表面積塵對(duì)發(fā)電量影響也較大。在對(duì)蚌埠2 MW非晶硅光伏電站的測(cè)試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，20天的表面積塵使光伏組件串的發(fā)電功率降低24%。張風(fēng)等人對(duì)TSM-DCOIA. 05進(jìn)行研究，在輻照度和溫度分別為1 000 W／rr12和250情況下，當(dāng)光伏組件灰塵濃度從0增加到5g/m2時(shí)（增量為1），組件輸出功率由192.3 W降至147.6 W，降幅為6.67%、11.96%、16.28%、20.07%和23. 24%。由以上數(shù)據(jù)可以看出，光伏組件表面積塵嚴(yán)重影響其發(fā)電效率。另外灰塵堆積會(huì)引起熱斑效應(yīng)，影響組件壽命，并造成安全隱患。我國大型光伏電站主要集中于西部戈壁荒漠地區(qū)，干旱少水，交通較不方便，而且人工清洗光伏組件工作量較大，成本較高。因此研制一種新型大型光伏電站光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)是非常必要的，且擁有較大使用價(jià)值。

1光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)概況

  目前，常用的地面光伏陣列清洗方案主要有：管道清洗方案、無管道清洗方案和自清潔玻璃方案。以上三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。管道清潔方案需在電站內(nèi)部鋪設(shè)輸水管道，同時(shí)結(jié)合人力資源完成清掃，對(duì)水資源、地質(zhì)施工條件有較高要求，且鋪設(shè)費(fèi)用較高；無管道清洗方案通過借助灑水車，將清潔用水運(yùn)至電站內(nèi)部，通過壓力噴頭進(jìn)行噴灑和清掃，本方案對(duì)水資源和光伏電站內(nèi)部道路有一定要求；自清潔玻璃方案，通過在光伏組件表面涂有特殊材料生成涂層，利用水和涂層的超強(qiáng)親和力，水接觸到玻璃材料后，迅速在其表面鋪展成均勻水膜，在水膜重力作用下帶走灰塵。前兩種方案對(duì)水資源、電廠內(nèi)部施工條件或道路條件有較高要求，第三種方案則成本較高且對(duì)降水量有較高要求。由于我國西部地區(qū)屬于干旱少雨、風(fēng)沙頻發(fā)的自然環(huán)境，因此以上三種方案均不適用于我國西部大型光伏電站。目前我國西部大型光伏電站一般采用人工清洗法，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，無法滿足大型光伏電廠對(duì)光伏組件的清洗要求，且清洗成本較高。

  市場(chǎng)上常見自動(dòng)清洗機(jī)一般應(yīng)用于地面衛(wèi)生清掃和玻璃擦洗。地面衛(wèi)生自動(dòng)清掃機(jī)只能在水平地面上移動(dòng)，并清掃地面上的灰塵和體積較小的垃圾；玻璃自動(dòng)清洗機(jī)，可在豎直玻璃面上自由移動(dòng)，并在移動(dòng)過程中完成對(duì)玻璃的擦洗任務(wù)。當(dāng)灰塵顆粒較大或灰塵較多時(shí)，玻璃自動(dòng)清洗機(jī)清洗效果較差。在大型光伏電站中，光伏組件均有一定安裝角度，且光伏組件表面灰塵積累量較大，上述兩種常見自動(dòng)清洗機(jī)均不適用。因此設(shè)計(jì)一種新型光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)是非常有必要的，且具有較大的實(shí)用價(jià)值。

2工作原理

  光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)以單片機(jī)為控制單元，控制各用電設(shè)備的工作情況；以超聲波測(cè)距模塊和陀螺儀感應(yīng)模塊作為測(cè)量元件，時(shí)刻檢測(cè)清洗機(jī)位置信息，并將信息傳至單片機(jī)供其運(yùn)算和判斷，然后控制運(yùn)動(dòng)組件運(yùn)動(dòng)。清洗機(jī)工作時(shí)，需通過一定方式貼附到光伏板表面，不會(huì)滑落。當(dāng)清洗機(jī)機(jī)體穩(wěn)定貼附到光伏板表面時(shí)，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)機(jī)體的直行和轉(zhuǎn)向。為提高清洗效率，設(shè)計(jì)要求在清洗機(jī)移動(dòng)的過程中完成光伏板面的清洗任務(wù)。針對(duì)我國西北大型光伏電站所處特殊地理環(huán)境特點(diǎn)，提出先掃灰、進(jìn)一步清洗、清洗收尾的三步清洗法，保證清洗機(jī)快速高效地清洗光伏板表面，且不會(huì)造成二次污染。圖1為自動(dòng)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)圖。

3  光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  作為一種新型光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)，本設(shè)備需能夠緊緊貼附到光伏板表面，且在驅(qū)動(dòng)力的作用下在光伏板表面自由移動(dòng)，并能夠時(shí)刻將機(jī)體位置信息和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳遞給控制器，確保清洗任務(wù)的順利進(jìn)行。本文主要說明吸附機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和三步清洗法的設(shè)計(jì)和計(jì)算，控制部分從略。

3.1吸附機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

  我國西部大型光伏電站光伏組件一般采用固定式的安裝方式。為較大程度接收太陽光照，提高太陽能利用效率，光伏組件均有一定角度的傾斜角度。若使清洗機(jī)能夠在傾斜斜面上自由移動(dòng)，必須設(shè)置貼附裝置。現(xiàn)有貼附方式一般有以下五種：磁吸附、真空吸附、推力吸附、機(jī)械硬接觸吸附、粘著劑材料吸附。磁吸附方式只適用于磁性壁面，永磁式磁吸附方式與壁面離合時(shí)需要較大的力，電磁式磁吸附需要消耗電能且電磁體本身較重；真空吸附方式通過真空泵為密閉容腔提供負(fù)壓，利用壓差使裝置貼附到壁面，對(duì)接觸面有較高要求；推力吸附方式不需考慮泄漏問題，對(duì)壁面和材質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)，但其控制較為復(fù)雜，體積較大，效率較低，目前不夠成熟；機(jī)械硬接觸方式需事先在壁面上鋪設(shè)軌道，以軌道作為約束和引導(dǎo)方式，但改造困難較大，成本較高；粘著劑材料吸附具有較好的越障功能，對(duì)壁面材質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)，但只適用于微小型爬壁機(jī)器人。綜合考慮光伏電站施工問題、光伏板材質(zhì)問題，以及光伏板表面形狀特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用真空吸附式結(jié)構(gòu)。圖2為清洗機(jī)吸附至光伏板表面靜態(tài)受力分析簡(jiǎn)圖。

清洗機(jī)所受光伏板支持力為：

式中：Fn為清洗機(jī)所受支撐力，N；P為微型真空泵提供真空度，MPa，取P= -0.08 MPa;A為密閉容腔截面面積，m2；n為密閉容腔個(gè)數(shù)；m為清洗機(jī)總質(zhì)量，kg，取m =20 kg；θ為光伏組件安裝角，(。)，取θ=60°。

由平衡條件得：

式中：μ為機(jī)體材料與光伏板表面間摩擦系數(shù)，取μ=0.3。

聯(lián)立式(1)和式(2)，得：

當(dāng)密閉容腔截面面積A較大時(shí)，冗余度較小，一旦斷電或者出現(xiàn)真空泄漏情況，機(jī)體將喪失吸附能力從而滑落。通過增加真空容腔個(gè)數(shù)，適當(dāng)減小密閉容腔截面面積A，可提高真空吸附冗余度。本設(shè)計(jì)中，取容腔半徑為10 mm。通過計(jì)算，求得n—19，取n=20。

3.2驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

  常見的移動(dòng)方式有以下五種：輪式、履帶式、腿足式、框架式、輪腿式。輪式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有高速高效的優(yōu)點(diǎn)，但由于車輪接觸面較小，壁面適應(yīng)性差，維持一定的摩擦力較困難；履帶式結(jié)構(gòu)著地面積大，承載能力強(qiáng)，壁面適應(yīng)性較強(qiáng)，且有一定越障能力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；腿足式結(jié)構(gòu)壁面適應(yīng)能力強(qiáng)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大，且移動(dòng)速度較慢；框架式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但體積較大且運(yùn)動(dòng)速度低；輪腿式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壁面適應(yīng)性強(qiáng)，控制容易，但其在高度方向有位移脈動(dòng)。考慮到光伏板表面玻璃較為平整光滑，且要求清洗機(jī)結(jié)構(gòu)小巧，清洗完成后對(duì)板面損傷較小，本設(shè)計(jì)采用履帶式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

  自動(dòng)清洗機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中將按照既定軌跡沿斜面運(yùn)動(dòng)。在向上運(yùn)動(dòng)過程中，驅(qū)動(dòng)力不僅需克服機(jī)體重力沿光伏板斜面方向的分力，還需克服摩擦力，此時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力最大。圖3為清洗機(jī)沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受力分析簡(jiǎn)圖。

由圖3得清洗機(jī)所需最大驅(qū)動(dòng)力為：

由圖1分析整理得：

  在履帶設(shè)計(jì)計(jì)算中，平均接地壓比[qo]=0.05~0.15 MPa較為合適，本設(shè)計(jì)取qo=0.1 MPa。本設(shè)計(jì)中，平均接地壓比為：

式中：a為履帶單元長(zhǎng)度，mm；6為履帶單元寬度，mm；A，為履帶單元接地面積，mm2；n1為每側(cè)需履帶單元個(gè)數(shù)。

  通過選型，最終選用n= 20 mm、6=30 mm規(guī)格的橡膠履帶單元。將數(shù)據(jù)代入式(6)計(jì)算得n1≥4。即每側(cè)接地端的履帶單元各需4個(gè)，兩側(cè)共8個(gè)。對(duì)上述計(jì)算進(jìn)行反求驗(yàn)算。當(dāng)qo=0.1 MPa時(shí)，橡膠履帶所受摩擦力為：

式中：n為橡膠與玻璃間摩擦系數(shù)，取0.8。

  代人數(shù)據(jù)求得Ff =384 N>346.4 N，所以設(shè)計(jì)滿足要求。

  根據(jù)以上履帶單元選型和計(jì)算結(jié)果，選用96 Txls型同步帶輪。在此情況下，由直流減速電機(jī)作為動(dòng)力源，每側(cè)所需扭矩為：

式中：W為驅(qū)動(dòng)履帶所需扭矩，N·m;Fq為履帶牽引力，N；r為同步帶輪半徑，m。

  將數(shù)據(jù)代人式(6)求得W=4.2 N-m。即每側(cè)直流減速電機(jī)所能提供的扭矩至少為4.2 N．m。根據(jù)自動(dòng)清洗機(jī)運(yùn)動(dòng)速度設(shè)計(jì)要求，選用FB -77524v12000型減速直流電機(jī)，輸出轉(zhuǎn)速為18 r/min（實(shí)際工作轉(zhuǎn)速可通過PWM直流調(diào)速器調(diào)整），工作扭矩為5N-m。

3.3三步清洗法的設(shè)計(jì)

  我國西部大型光伏電站所處環(huán)境較為惡劣，干旱少水，風(fēng)沙較大，人力資源短缺。通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，電站內(nèi)光伏板表面污垢絕大部分為沙塵，常見清洗方

法無法滿足對(duì)光伏組件的清洗任務(wù)。針對(duì)上述情況，提出了機(jī)械集塵、靜態(tài)除塵、柔性清洗的三步清洗法。由于光伏板表面沙塵較大，必須先進(jìn)行掃灰處理，使板面露出，才可進(jìn)行下一步清洗。為避免被擊起的灰塵對(duì)光伏板造成二次污染，還需對(duì)擊起灰塵進(jìn)行收集。螺旋輸送器，俗稱攪龍，利用螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將物料向某一方向推移，在物料傳送過程中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)選用螺旋式結(jié)構(gòu)作為機(jī)械擊塵、集塵裝置。圖4為機(jī)械式螺旋集塵機(jī)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。

  本設(shè)計(jì)中，利用螺旋掃刷將光伏組件表面灰塵擊起，并在螺旋面的作用下將灰塵聚集到某處，然后排至下步除塵裝置中。圖5為灰塵在螺旋面作用下的運(yùn)動(dòng)分析圖。由圖5看出，螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，灰塵在螺旋槽中既有軸向速度V1又有圓周速度V2，其合速度為V，實(shí)現(xiàn)將灰塵擊起并聚集到某一處。然后將聚集的灰塵排至水封除塵箱，利用灰塵和水的親和力，完成灰塵和空氣的分離，實(shí)現(xiàn)灰塵的收集。

  第一步螺旋集塵工序完成后，可除去大部分灰塵，但板面仍殘留少量灰塵。在此情況下，在螺旋掃灰機(jī)構(gòu)后設(shè)置一靜態(tài)除塵模塊，用濕潤(rùn)多孔柔性材料去除第一步殘留灰塵，使光伏板露出光潔表面。由于水和灰塵間有較強(qiáng)親和力，若靜態(tài)除塵工序完成之后，遺留板面水漬不進(jìn)行及時(shí)處理，會(huì)對(duì)板面造成熱斑效應(yīng)，并會(huì)引起二次污染，增加板面吸灰速度和下次清洗難度。因此在靜態(tài)除塵模塊后設(shè)置一柔性清洗模塊，用于除去上步殘留水漬。通過機(jī)械集塵、靜態(tài)除塵、柔性清洗三道清洗工序，即完成對(duì)光伏板表面的較為干凈的清掃。在驗(yàn)證性試驗(yàn)中，三步清洗法清洗效果較好，達(dá)到預(yù)期效果。

4控制模塊簡(jiǎn)介

  圖6為控制程序流程圖。

  清洗機(jī)主要由行走單元、清掃單元和控制單元組成。行走單元主要包括機(jī)體、直流減速電機(jī)、同步帶輪、履帶微型真空泵以及密閉容腔；清掃單元包括直流減速電機(jī)、機(jī)械集塵模塊、靜態(tài)除塵模塊和柔性清洗模塊；控制單元包括超聲波測(cè)距模塊、陀螺儀感應(yīng)模塊和單片機(jī)檢測(cè)控制模塊。清洗機(jī)工作時(shí)，將自動(dòng)清洗機(jī)平行于光伏板表面放置，并施加一定壓力，啟動(dòng)微型真空泵，為密閉容腔提供負(fù)壓，使機(jī)體吸附至光伏板表面。待機(jī)體牢固吸附至光伏板表面，單片機(jī)控制直流減速電機(jī)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)同步帶輪和履帶運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)體直線和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)清掃單元工作。清洗機(jī)行進(jìn)過程中，超聲波測(cè)距模塊和陀螺儀感應(yīng)模塊時(shí)刻采集清洗機(jī)機(jī)體位置及姿態(tài)信息，傳至單片機(jī)檢測(cè)控制模塊，做出相應(yīng)判斷并及時(shí)調(diào)整清洗機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況。

5結(jié)束語

計(jì)算結(jié)果表明，新型光伏電站光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)的設(shè)計(jì)是完全可行并且可以實(shí)現(xiàn)的。在原理性驗(yàn)證試驗(yàn)中，清洗效果較好，達(dá)到預(yù)期清洗效果。本設(shè)計(jì)能夠較好地適應(yīng)我國西北地區(qū)大型光伏電站所處的特殊環(huán)境，具有節(jié)約水資源、清洗效果好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。目前本設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成整機(jī)的概念設(shè)計(jì)，并正著手進(jìn)行實(shí)物制作，完善概念設(shè)計(jì)中的不足。

6摘要：針對(duì)光伏板發(fā)電量受其表面灰塵影響較大及大型光伏電站光伏板清洗難度大的現(xiàn)象，提出了新型光伏組件自動(dòng)清洗機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)想。光伏組件均有一定的安裝角度，設(shè)計(jì)結(jié)合了真空吸附技術(shù)、履帶驅(qū)動(dòng)技術(shù)，保證清洗機(jī)能夠在傾斜的表面上自由移動(dòng)�？紤]到我國西北地區(qū)大型光伏電站所處風(fēng)沙較大、人力資源匱乏、干旱少雨等特殊環(huán)境，提出三步清洗法，保證清洗機(jī)高效地完成光伏組件的清洗任務(wù)。理論計(jì)算結(jié)果表明該設(shè)計(jì)是完全可以實(shí)現(xiàn)的，且在原理性驗(yàn)證試驗(yàn)中清洗效果較好，達(dá)到預(yù)定要求。