光伏组件清扫机器人[发明专利]

*CN103406292A*

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103406292 A(43)申请公布日 2013.11.27

(12)发明专利申请

(21)申请号 201310348228.5(22)申请日 2013.08.12

(71)申请人国家电网公司

地址100031 北京市西城区西长安街86号申请人电力建设调试所

大学(72)发明人李笑梅 吴为民 李凤婷 龚松柏

李义岩 郑重(74)专利代理机构乌鲁木齐市禾工专利代理事

务所 65108

代理人何冰(51)Int.Cl.

B08B 1/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图9页权利要求书1页 说明书4页 附图9页

()发明名称

光伏组件清扫机器人(57)摘要

本发明涉及一种光伏组件清扫机器人，其具有跨接在光伏组件上的机架，安装在所述机架上的行走机构、遮光避让机构，连接在所述行走机构、遮光避让机构上对光伏组件进行清洁的清扫机构，驱动所述行走机构、遮光避让机构、清扫机构的行走电机、避让电机和清扫电机，所述行走电机、避让电机和清扫电机与一智能控制器相连，智能控制器内预设控制程序，智能控制器与调度控制终端通过无线网络连接。本申请自动化程度高，自动对光伏组件表面进行无水清洗，清扫效果好，维护便捷，在清洁过程中快捷、顺畅，耗时短、效率高。机架在行走过程中平稳，确保清洁过程持续、稳定。在停止时清洁刷位于光伏组件的发电区域外，对光伏组件进行保护。CN 103406292 ACN 103406292 A

权 利 要 求 书

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1.一种光伏组件清扫机器人，其特征在于：其具有跨接在光伏组件上的机架，安装在所述机架上的行走机构、遮光避让机构，连接在所述行走机构、遮光避让机构上对光伏组件进行清洁的清扫机构，驱动所述行走机构、遮光避让机构、清扫机构的行走电机、避让电机和清扫电机，所述行走电机、避让电机和清扫电机与一智能控制器相连，智能控制器内预设控制程序，智能控制器与调度控制终端通过无线网络连接。

2.如权利要求1所述的光伏组件清扫机器人，其特征在于：机架具有横梁和立梁，两立梁沿光伏组件上表面斜向平行布设在光伏组件上方，两端伸出；两横梁分别连接在两立梁的上下端部之间，并位于光伏组件发电区域外，两横梁与两立梁组成矩形框架，在两横梁的左右两侧和两立梁的上下侧分别装设有左到位探头、右到位探头。

3.如权利要求1所述的光伏组件清扫机器人，其特征在于：在两横梁内侧设置有滑轨，两滑轨之间装设有清扫刷架，在清扫刷架两侧一左一右交错设置有清扫刷位，清扫刷位内装设有清扫刷转轴，在清扫刷转轴上套有清扫筒，清扫筒表面布设清扫刷，清扫刷转轴由清扫电机带动，再两滑轨内两端分别装设有左侧限位开关、右侧限位开关。

4.如权利要求1所述的光伏组件清扫机器人，其特征在于：所述行走机构装设在每根横梁处，其具有与光伏组件上下端面滚动接触的行走轮，与光伏组件前后端面滚动接触的前、后限位轮，行走轮、前限位轮由行走电机同步驱动，行走电机驱动轴与另一驱动轴联动，在所述驱动轴上装设有前限位轮主动轮和行走轮主动轮，所述前限位轮主动轮和行走轮主动轮与装设在前限位轮、行走轮转轴上的前限位轮从动轮和行走轮从动轮啮合联动。

5.如权利要求1所述的光伏组件清扫机器人，其特征在于：所述遮光避让机构装设在每根横梁的滑轨处，其具有一个由避让电机驱动的避让驱动轮，避让驱动轮为双轮槽结构，在两轮槽内缠绕有两根外端头相连的钢丝绳，连接部处装设有清扫刷滑块，清扫刷滑块在滑轨内滑动，两清扫刷滑块间装设有清扫刷架，所述两根钢丝绳分别与设置在避让驱动轮左右两侧的避让滑轮滚动相连。

6.如权利要求1所述的光伏组件清扫机器人，其特征在于：在立梁下部伸出光伏组件发电区域外处装设有与横梁平行的测差摇臂，在测差摇臂前部上下两侧分别设置有超前信号检测器、滞后信号检测器，两者与智能控制器相连。

7.如权利要求1、2、3或6所述的光伏组件清扫机器人，其特征在于：所述智能控制器包括单片机，与单片机相连的正反转控制模块、开关电源模块，每一个避让电机、行走电机对应一个正反转控制模块，并与其电路相连，正反转控制模块内包括正转电路和反转电路，两电路均与单片机和开关电源模块相连，超前信号检测器、滞后信号检测器、左到位探头、右到位探头、左侧限位开关、右侧限位开关均与单片机电路相连。

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说 明 书光伏组件清扫机器人

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技术领域

本发明涉及一种清扫装置，尤其涉及一种清扫光伏组件表面积尘等污垢的光伏组

件清扫机器人。

[0001]

背景技术

光伏组件是太阳能电站电能产生的根源，光伏组件的效率直接决定着太阳能电站

的发电量。保持光伏组件清洁是保持光伏电站最大发电能力的有效途径。伴随着光伏发电的飞速发展，光伏组件的清洗问题已成为各光伏发电企业急需解决的难题。由于大型光伏电站一般分布在戈壁荒漠，风沙极易覆盖光伏组件表面，从而导致光伏组件发电效率大幅降低。目前各光伏发电企业主要采用洒水车喷水清洗和人工清洗相结合的清洗方式，由于大型光伏电站需清洗面积极大，故耗水量大，耗时长，人力消耗大，清洗成本很高。且由于光伏组件的结构安装条件，有些部位很难触及，使得光伏组件清洗周期较长，无法保证光伏组件持续保持清洁的状态。针对上述问题，本项目意在研制一种无水自动清扫装置，可实现无水化自动清洗。

[0003] 申请号为201110000120.8的“高空太阳能板自动清洁器”和专利号为201220436723.2的“太阳能板自动清洁器”均提出一种自动清洁太阳能板的装置，其均具有跨接在太阳能板上的机架，安装在所述机架上的传动机构，连接在所述传动机构上对太阳能板进行清洁的清洁刷，驱动所述传送带往复运动的直流电机，以及控制电机工作的相关电器装置，以达到替代人工，自动清洁太阳能板表面积尘等杂物的目的。但其均存在以下缺陷：1、在清洗刷或清洁刷停止后未设置预留位置，从而会将太阳能板部分遮蔽，若长时间在同一部位遮蔽，会产生热斑效应，从而对太阳能板产生不可逆转损伤，直至完全损坏；2、清洗刷或清洁刷是设置在一根转轴上，若某一部分清洗刷或清洁刷损坏，则需要对其整体进行更换，维护难度增大，间接使得清洁费用增大；且当转轴跨度较大时，在旋转过程中转轴中部因转速的提升会逐渐抬起，从而转轴形成纺锤形转动，转轴极易损坏；3、在清洗刷或清洁刷沿太阳能板行进时，由于结构所限，其上下两端势必会造成行进速度差别，当差速较大时，则容易卡死，而无法行进，对太阳能板造成破坏。[0004] 还有其余已经公开的专利申请，其提出的清洁装置基本以单块电池板为清洁单元，采用单一的机械或物理除尘方法，存在结构复杂，制作和运行成本高、电池板遮阴，冬季低温下喷水成冰，难以水洗等问题，造成无法规模化推广应用。还有一些公开技术，其是在环太阳能板外设置固定轨道，清扫机构沿轨道运动，由于轨道占用空间较大，装设不便。且对大型的光伏组件组来说，安装此种大型轨道并不现实，尤其是在多风沙地区，轨道的维护和清理是难以解决的问题。

[0002]

发明内容

本发明的目的在于提供一种在机架行走过程中，对机架上下端行进速度进行同速

协调，且在机架停止后，清洁刷停止工作时，对光伏组件完全无遮蔽，延长光伏组件使用寿

[0005]

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命的光伏组件清扫机器人；在前述目的的基础上，本发明的另一目的是自动化程度高，可无水清扫光伏组件表面积尘等污垢的光伏组件清扫机器人；在前述目的的基础上，本申请的另一目的是部件更换便捷，维护成本低的光伏组件清扫机器人。[0006] 本发明的目的是这样实现的：光伏组件清扫机器人具有跨接在光伏组件上的机架，安装在所述机架上的行走机构、遮光避让机构，连接在所述行走机构、遮光避让机构上对光伏组件进行清洁的清扫机构，驱动所述行走机构、遮光避让机构、清扫机构的行走电机、避让电机和清扫电机，所述行走电机、避让电机和清扫电机与一智能控制器相连，智能控制器内预设控制程序，智能控制器与调度控制终端通过无线网络连接。 [0007] 由于实行上述技术方案，本申请在清扫过程中无需额外使用清洁用水，无水即可进行清洁，适合野外干旱地区使用。机架在行走过程中，通过差速调节装置可对机架上下端行进速度进行同速协调，确保上下端行进速度一致，机架整体保持平稳行进状态，从而确保清洁过程持续、稳定。清扫机构采用多段清扫刷交错、紧密结合的结构，清扫效果好，维护便捷，降低维护费用,在清洁过程中快捷、顺畅，耗时短、效率高。本申请对清洁刷停止工作后停止位置设置了专门的遮光避让装置，在停止时可使清洁刷位于光伏组件的发电区域外，在早晚阳光入射角度发生改变的情况仍可将光伏组件发电区域完全露出，确保发电效率的同时，对光伏组件进行保护。本申请自动化程度高，可替代人工清洗，自动对光伏组件表面进行清洗。本申请不仅适合对单块光伏组件进行清洁，更适合对多块连接在一起的光伏组件进行清洁，适合推广应用，具有很好的实用价值。[0008] 附图说明：本发明的技术方案由以下的附图和实施例给出:

图1是光伏组件清扫机器人结构示意图；图2是机架、清扫机构、遮光避让机构、行走机构结构示意图；图3是机架与光伏组件附着结构示意图；图4是行走机构传动结构示意图；图5是清扫机构结构示意图；图6是遮光避让机构结构示意图；图7是清扫刷结构示意图；图8是差速调节机构示意图；图9是智能控制器电路示意框图。[0009] 图例：1.清扫机构，2.遮光避让机构，3.行走机构，4.光伏组件，5.智能控制器，6.调度控制终端，7. 避让电机，8.避让滑轮，9.清扫刷架，10.清扫刷位，11.清扫刷，12.横梁，13.滑轨，14.前限位轮，15.行走电机，16.行走轮，17，清扫电机，18.立梁，19. 前限位轮从动轮，20.行走轮主动轮，21.行走轮从动轮，22.后限位轮，23. 前限位轮主动轮，24.驱动轴，25.清扫刷转轴，26.清扫刷滑块，27.避让驱动轮，28.清扫筒，29.测差摇臂，30. 超前信号检测器，31.滞后信号检测器，32.正反转控制模块，33.单片机，34.左到位探头，35.右到位探头，36.左侧限位开关，37.右侧限位开关，38.开关电源模块。[0010] 具体实施方式：

本发明不受下述实施例的，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

[0011] 实施例：如图1—8所示，光伏组件清扫机器人具有跨接在光伏组件上的机架，安

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装在所述机架上的行走机构3、遮光避让机构2，连接在所述行走机构3、遮光避让机构2上对光伏组件进行清洁的清扫机构1，驱动所述行走机构3、遮光避让机构2、清扫机构1的行走电机15、避让电机7和清扫电机17，所述行走电机15、避让电机7和清扫电机17与一智能控制器5相连，智能控制器5内预设控制程序，智能控制器5与调度控制终端6通过无线网络连接，进行数据、操控指令传输。所述智能控制器5包括单片机33，与单片机3相连的正反转控制模块32、开关电源模块38。因电路接线较多，在单片机33处外接扩展模块。每一个避让电机7、行走电机15对应一个正反转控制模块32，并与其电路相连。正反转控制模块32内包括正转电路和反转电路，两电路均与单片机33和开关电源模块38相连。超前信号检测器30、滞后信号检测器31、左到位探头34、右到位探头35、左侧限位开关36、右侧限位开关37均与单片机33电路相连。[0012] 如图1、2所示，光伏组件斜立于地面，机架具有横梁12和立梁18，两立梁18沿光伏组件上表面斜向平行布设在光伏组件上方，两端伸出；两横梁12分别连接在两立梁18的上下端部之间，并位于光伏组件发电区域外。两横梁12与两立梁18组成矩形框架。在两横梁12的左右两侧和两立梁18的上下侧分别装设有左到位探头34、右到位探头35。[0013] 如图2、5、7所示，在两横梁12内侧设置有滑轨13，两滑轨13之间装设有清扫刷架9，在清扫刷架9两侧一左一右交错设置有清扫刷位10，清扫刷位10内装设有清扫刷转轴25，在清扫刷转轴25上套有清扫筒28，清扫筒28表面布设清扫刷11。清扫刷转轴25由清扫电机17带动。再两滑轨13内两端分别装设有左侧限位开关36、右侧限位开关37。[0014] 如图2、3、4所示，所述行走机构装设在每根横梁12处，其具有与光伏组件上下端面滚动接触的行走轮16，与光伏组件前后端面滚动接触的前、后限位轮14、4，行走轮16、前限位轮14由行走电机15同步驱动。行走电机15驱动轴与另一驱动轴24联动，在所述驱动轴24上装设有前限位轮主动轮23和行走轮主动轮20，所述前限位轮主动轮23和行走轮主动轮20与装设在前限位轮14、行走轮16转轴上的前限位轮从动轮19和行走轮从动轮21啮合联动。[0015] 如图2、6所示，所述遮光避让机构装设在每根横梁12的滑轨13处，其具有一个由避让电机7驱动避让驱动轮27，避让驱动轮27为双轮槽结构，在两轮槽内缠绕有两根外端头相连的钢丝绳，连接部处装设有清扫刷滑块26，清扫刷滑块26在滑轨13内滑动。两清扫刷滑块26间装设有清扫刷架9。所述两根钢丝绳分别与设置在避让驱动轮27左右两侧的避让滑轮8滚动相连。[0016] 如图7所示，在立梁18下部伸出光伏组件发电区域外处装设有与横梁12平行的测差摇臂29，在测差摇臂29前部上下两侧分别设置有超前信号检测器30、滞后信号检测器31，两者与智能控制器相连。[0017] 一、在机架行进过程中，机架机上、下横梁的行程差在正常范围内，测差摇臂29的位置在GK1下足超前信号检测器30和GK2下足滞后信号检测器31之间的空隙中，智能控制器5控制上、下横梁上的行走电机15保持机架足上、下横梁的匀速稳定运行，不输出调节信号。

[0018] 二、在机架行走过程中，机架下横梁的行程超前时，测差摇臂29的位置进入了在GK1下足超前信号检测器30的检测范围之中，智能控制器5控制下横梁12上的行走电机15减低下梁的运行速度，上横梁维持原来的运行速度，经过一个调节过程时间和路程，行程

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差恢复到规定的偏差范围之内，测差摇臂29退出GK1下足超前信号检测器30的检测范围，调节过程结束。[0019] 三、在机架行走过程中，机架下横梁的行程滞后时，测差摇臂29的位置进入了在GK2下足滞后信号检测器31的检测范围之中，智能控制器5减低上横梁的运行速度，下横梁维持原来的运行速度，经过一个调节过程时间和路程，行程差恢复到规定的偏差范围之内，测差摇臂29退出GK2下足滞后信号检测器31的检测范围，调节过程结束。[0020] 如图1—9所示，进行清扫时，行走电机15和清扫电机17同时开启，行走电机15带动机架由光伏组件组的一端向另一端匀速行进。行进过程中，清扫电机17带动清扫刷11对光伏组件表面进行清扫。当机架行至光伏组件一端时，一立梁18出露于光伏组件外，另一立梁位于最外端光伏组件内端时，安装在机架上的左到位探头34、右到位探头35发送信号给智能控制器5，行走电机15停转，同时启动避让电机7。避让电机7带动清扫刷架9向外侧立梁18处移动，待清扫刷架9碰触到左侧限位开关36或右侧限位开关37后，清扫刷架9避让至最外端，将光伏组件完全避开，此时避让电机7停转，完成一次清扫过程。当需要来回清扫时，由行走电机15带动机架来回往复，直至清扫程度达到光伏组件要求后，即可停止。

[0021] 在智能控制器5的CPU内可预设定时清扫程序，根据实际需要，可定时自动启动行走电机15和清扫电机17对光伏组件进行清扫。智能控制器5和调度控制终端6可采用无线远程控制技术相连，在遭遇风沙天气后，可由调度控制终端6向智能控制器5发送清扫命令，对光伏组件进行清扫。

[0022] 以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。

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图2

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