一种基于大数据的光伏组件用自动化清洁系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体为一种基于大数据的光伏组件用自动化清洁系统。

背景技术

由于我国西北地区有大量戈壁滩、荒沙地、荒山地等未开发利用的区域，土地使用成本低，非常适合建设大型光伏电站。因此，西北干旱地区是我国光伏电站，尤其是大型光伏电站装机容量最大、装机规模增长最快的地区。据研究发现，光伏组件表面的积尘能够显著降低光伏电站的发电量，尤其是建设在干旱地区的光伏电站。因此近年来，光伏组件表面积尘对发电量的影响越来越受到光伏电站管理者的重视，光伏组件表面积尘的清洁也受到研究学者和工程技术人员的普遍关注。

除了人工清洁及清洁车清洁，我国也涌现了诸多光伏清洁机器人，机器人除尘技术的自动化程度高、人工成本低、水资源利用效率高，可实现按需除尘，但此类机器人的安装和维护成本高，并且对操作人员的技术要求高，且在运行一段时间后机器人的故障率较高，需专业人员及时维护，还不能自动感知光伏组件表面清洁指数、热斑和隐裂，就无法及时清扫或者更换维修，同时由于清洁机器人的固定程序设定，造成清洁不全面或是部分区域重复清洁等问题，因此，设计除尘效率高和安全性高的一种基于大数据的光伏组件用自动化清洁系统是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大数据的光伏组件用自动化清洁系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的光伏组件用自动化清洁系统，包括数据信息采集模块、运行分析模块和远程监控模块，所述数据信息采集模块用于采集光伏组件的自然信息并录入光伏清洁机器人的基本信息，所述运行分析模块用于对光伏清洁机器人的清洁过程和结果进行分析，所述远程监控模块用于将数据采集和分析后的信息传输至光伏电站工作人员，进行远程反馈处理，所述运行分析模块与数据信息采集模块网络连接，所述远程监控模块与运行分析模块网络连接。

根据上述技术方案，所述数据信息采集模块包括信息录入子模块、透光检测单元、热斑检测单元和隐裂检测单元，所述信息录入子模块用于录入光伏清洁机器人的基本信息，所述透光检测单元用于检测光伏组件的透光率，所述热斑检测单元用于检测光伏组件的暗斑，所述隐裂检测单元用于检测光伏组件是否存在隐裂。

运行分析模块包括吸附安全模块、清洁启动模块、边缘避让模块和清洁性能计算子模块，所述吸附安全模块用于保证光伏清洁机器人在清洁过程中的吸附安全，所述清洁启动模块用于根据清洁指数和天气状况判断是否需要进行清洁，所述边缘避让模块用于在清洁过程中控制机器人保持安全距离，所述清洁性能计算子模块用于计算一个清洁周期内光伏组件的清洁效果；

所述清洁启动模块包括清洁指数计算子模块和天气监测子模块，所述清洁指数计算子模块用于计算光伏组件的清洁指数，所述天气监测子模块用于对光伏组件所在位置的环境天气进行预测，所述清洁指数计算子模块与透光检测单元网络连接；

所述边缘避让模块包括激光测距单元和行程控制子模块，所述激光测距单元用于规避光伏清洁机器人靠近清洁边缘区域而损坏，所述行程控制子模块用于控制光伏清洁机器人及时刹车断电，所述行程控制子模块与激光测距单元网络连接。

根据上述技术方案，所述远程监控模块包括监控显示模块、通讯模块和人工反馈处理模块，所述监控显示模块用于实时监控光伏清洁机器人的工作过程，所述通讯模块用于根据实时情况由工作人员对光伏清洁机器人进行操作，所述人工反馈处理模块用于对出现热斑和隐裂的光伏组件及时上报检修，所述热斑检测模块和隐裂检测模块均与人工反馈处理模块网络连接。

根据上述技术方案，所述数据信息采集模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤S1：数据信息采集模块自动将光伏清洁机器人的基本信息录入，所述基本信息包括机器人的电量、清洁历史、清洁进度以及位置信息；

步骤S2：将透光率测试仪固定在光伏组件的一侧，监测光伏组件的具体透光率E；

步骤S3：将红外热像仪安装于光伏清洁机器人一侧，在机器人清洁的同时通过对光伏组件的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将光伏组件的温度分布图像转换成可视图像传输至信息采集模块；

步骤S4：在光伏清洁机器人的一侧安装EL测试仪，利用高分辨率的CCD相机拍摄组件的近红外图像，获取并判定组件的缺陷位置并传输至信息采集模块。

根据上述技术方案，所述运行分析模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤A1：采用多吸盘真空吸附作为光伏清洁机器人的吸附结构，即使在断电情况下也会有一定程度亢余度；

步骤A2：清洁启动模块根据清洁指数信息和天气监测信息判断是否启动光伏清洁机器人，进行清洁工作；

步骤A3：将激光传感器置于光伏清洁机器人底部，在光伏阵列边缘安装检测模块，当激光传感器检测到与检测模块距离为最小安全值时，立即停车并开始反转，进行反向清洁；

步骤A4：将行程开关传感器主要安装在清洁机器人边缘避让模块端，在清洁机器人返回停车位时，触碰到传感器能够及时刹车，并且断开电路；

步骤A5：记录每一次的清洁工作，分析计算一个清洁周期内的清洁效果。

根据上述技术方案，所述步骤A2进一步包括以下步骤：

步骤A21：在光伏组件第一次投入使用时，测量其正常温度T和透光率L，设定检测时间，根据当天检测出的使用后的透光率L

SL＝(L-L

式中，由于据研究表明光伏组件的内部温度每上升1℃，其输出功率约下降0.5％，所以其损失的输出功率即为0.5％(T-T

步骤A22：设置清洁指数临界值为SL

步骤A22：在光伏组件所在位置地面建立气象监测仪，对气象环境状况进行整体性监测和预警，并通过无线网进行网络化数据监测；

步骤A23：对气象信息进行分析，具体气象信息包括降雨量、风力值以及是否是扬沙或沙尘暴天气；

步骤A24：当监测到扬沙或沙尘暴天气或监测到降雨天气，同时记录降雨过程的降雨量，判断是否足以清除光伏组件积尘，若无法清除，反而会形成湿降尘，则在结束后光伏清洁机器人自动选择最近的时间(清晨或夜晚)集体进行一次全方位的光伏清洁，同时清洁周期以此为第一天，重新计算下一个全面清洁日；

若降雨量可以达到清除效果或监测到大风天气，判断是否足以清除光伏组件积尘，且风力值达到清除效果，则同等于一次全面清洁，并清洁周期以此为第一天，重新计算下一个全面清洁日；

若风力值无法达到清除效果，则继续实时监测光伏组件的清洁指数，根据清洁指数选择性清洁。

根据上述技术方案，所述步骤A5进一步包括以下步骤：

步骤A51：在一个清洁周期内，记录光伏清洁机器人的清洁效率，包括定时全面清洁和根据清洁指数及时清洁，所述清洁效率通过清洁覆盖率S

步骤A52：在每次清洁的过程中获取机器人可以到达的环境区域S

步骤A53：具体清洁效率值Q的具体计算公式为：

式中，Q为清洁效率值，S

根据上述技术方案，所述远程监控模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤B1：光伏组件用自动化清洁系统接收所有光伏清洁机器人的状态信息，实时监控机器人所在位置及运行信息，并同步至人工客户端，以备工作人员及时查看，出现问题及时处理；

步骤B2：通讯模块在监控过程中检测到机器人程序有误，出现故障发出警报时，及时进行人工纠正命令操作；

步骤B3：人工反馈处理模块接收到数据信息采集模块采集到的热斑、隐裂信息，立即安排专业人员对光伏组件进行查看检修。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过设置有数据信息采集模块、运行分析模块和远程监控模块，可以实时采集机器人的动态信息和光伏组件的透光率和温度，同时，智能计算出光伏组件所需的清洁指数，判断其是否光伏清洁机器人即可清洁，在清洁工作的过程中，光伏清洁机器人还可以实时对光伏组件进行检测，检测其是否存在暗斑、隐裂等对光伏组件寿命存在影响的情况，并及时通知工作人员检修，天气监测子模块实时监测光伏组件所处环境的气象信息，根据气象信息调节光伏清洁机器人的清洁时间，实现自动感知光伏组件表面清洁指数、热斑和隐裂的功能，同时可计算出光伏清洁机器人每一次的清洁效率，尽可能实现清洁效率值的最大化。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的系统模块组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于大数据的光伏组件用自动化清洁系统，包括数据信息采集模块、运行分析模块和远程监控模块，数据信息采集模块用于采集光伏组件的自然信息并录入光伏清洁机器人的基本信息，所述运行分析模块用于对光伏清洁机器人的清洁过程和结果进行分析，所述远程监控模块用于将数据采集和分析后的信息传输至光伏电站工作人员，进行远程反馈处理，所述运行分析模块与数据信息采集模块网络连接，所述远程监控模块与运行分析模块网络连接，通过设置有数据信息采集模块、运行分析模块和远程监控模块，可以实时采集机器人的动态信息和光伏组件的透光率和温度，同时，智能计算出光伏组件所需的清洁指数，判断其是否光伏清洁机器人即可清洁，在清洁工作的过程中，光伏清洁机器人还可以实时对光伏组件进行检测，检测其是否存在暗斑、隐裂等对光伏组件寿命存在影响的情况，并及时通知工作人员检修，天气监测子模块实时监测光伏组件所处环境的气象信息，根据气象信息调节光伏清洁机器人的清洁时间，实现自动感知光伏组件表面清洁指数、热斑和隐裂的功能，同时可计算出光伏清洁机器人每一次的清洁效率，尽可能实现清洁效率值的最大化。

数据信息采集模块包括信息录入子模块、透光检测单元、热斑检测单元和隐裂检测单元，所述信息录入子模块用于录入光伏清洁机器人的基本信息，所述透光检测单元用于检测光伏组件的透光率，所述热斑检测单元用于检测光伏组件的暗斑，所述隐裂检测单元用于检测光伏组件是否存在隐裂。

运行分析模块包括吸附安全模块、清洁启动模块、边缘避让模块和清洁性能计算子模块，所述吸附安全模块用于保证光伏清洁机器人在清洁过程中的吸附安全，所述清洁启动模块用于根据清洁指数和天气状况判断是否需要进行清洁，所述边缘避让模块用于在清洁过程中控制机器人保持安全距离，所述清洁性能计算子模块用于计算一个清洁周期内光伏组件的清洁效果；

所述清洁启动模块包括清洁指数计算子模块和天气监测子模块，所述清洁指数计算子模块用于计算光伏组件的清洁指数，所述天气监测子模块用于对光伏组件所在位置的环境天气进行预测，所述清洁指数计算子模块与透光检测单元网络连接，在计算出的光伏组件的清洁指数达到必需清洁的程度，光伏清洁机器人即可立即进行部分区域清洁，未达到则继续观察，由于光伏组件本身不宜过度频繁地对其进行清洁工作，过度清洁也会导致其功能受损，因此以清洁指数为清洁标准避免了过度清洁的情况；

所述边缘避让模块包括激光测距单元和行程控制子模块，所述激光测距单元用于规避光伏清洁机器人靠近清洁边缘区域而损坏，所述行程控制子模块用于控制光伏清洁机器人及时刹车断电，所述行程控制子模块与激光测距单元网络连接，由于光伏清洁机器人真空吸附于光伏组件工作，在其工作过程中，设置边缘避让模块，在光伏清洁机器人快要到达光伏组件的边缘时，立即控制其停止或立即反向进行清洁，避免其因此从光伏组件掉落而损坏，花费不必要的维修费用。

远程监控模块包括监控显示模块、通讯模块和人工反馈处理模块，所述监控显示模块用于实时监控光伏清洁机器人的工作过程，所述通讯模块用于根据实时情况由工作人员对光伏清洁机器人进行操作，所述人工反馈处理模块用于对出现热斑和隐裂的光伏组件及时上报检修，所述热斑检测模块和隐裂检测模块均与人工反馈处理模块网络连接。

数据信息采集模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤S1：数据信息采集模块自动将光伏清洁机器人的基本信息录入，所述基本信息包括机器人的电量、清洁历史、清洁进度以及位置信息；

步骤S2：将透光率测试仪固定在光伏组件的一侧，监测光伏组件的具体透光率E；

步骤S3：将红外热像仪安装于光伏清洁机器人一侧，在机器人清洁的同时通过对光伏组件的红外辐射探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将光伏组件的温度分布图像转换成可视图像传输至信息采集模块，由于光伏组件在阳光照射下，部分电池片受到遮挡无法进行光电转换，就会使得被遮盖的部分升温远远大于未被遮盖部分，导致温度过高出现烧坏的暗斑，于是可以通过红外热像仪在机器人进行清洁工作的同时，对光伏组件的表面进行检测，检测其是否存在暗斑情况，同时准确识别正在发热的疑似故障区域，达到智能化工作的目的，便可及时提醒工作人员进行检修，进而可以提高光伏组件的整体寿命；

步骤S4：在光伏清洁机器人的一侧安装EL测试仪，利用高分辨率的CCD相机拍摄组件的近红外图像，获取并判定组件的缺陷位置并传输至信息采集模块，利用EL测试仪在清洁过程的同时检测光伏组件上是否出现隐裂情况，由于光伏组件电池片的隐裂会加速电池片功率衰减，同时会在机械载荷下扩大，有可能导致开路性破坏，形成热斑效应，影响光伏组件的正常使用寿命，所以在清洁的同时可以及时发现此问题，也可及时反馈给工作人员，提醒其进行检修，进而可以提高光伏组件的整体寿命。

运行分析模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤A1：采用多吸盘真空吸附作为光伏清洁机器人的吸附结构，即使在断电情况下也会有一定程度亢余度，即使是真空吸附也有可能在光伏清洁机器人的断电、故障等情况下失控脱落，因此我们从安全角度考虑出多余的量，这样就能保障光伏清洁机器人在断电或者故障等非正常情况下也能正常吸附于光伏组件，避免造成不必要的损坏修复费用；

步骤A2：清洁启动模块根据清洁指数信息和天气监测信息判断是否启动光伏清洁机器人，进行清洁工作；

步骤A3：将激光传感器置于光伏清洁机器人底部，在光伏阵列边缘安装检测模块，当激光传感器检测到与检测模块距离为最小安全值时，立即停车并开始反转，进行反向清洁，在光伏清洁机器人的工作过程中，传感器检测到清洁机器人行驶到光伏组件停车位另外一端边缘时，行程开关传感器控制清洁机器人必须停车，开始反方向进行清洁作业，这样就避免了清洁机器人在行驶到光伏组件边缘时，会失控脱离造成机器损坏，增加不必要的维修成本；

步骤A4：将行程开关传感器主要安装在清洁机器人边缘避让模块端，在清洁机器人返回停车位时，触碰到传感器能够及时刹车，并且断开电路；

步骤A5：记录每一次的清洁工作，分析计算一个清洁周期内的清洁效果。

步骤A2进一步包括以下步骤：

步骤A21：在光伏组件第一次投入使用时，测量其正常温度T和透光率L，设定检测时间，根据当天检测出的使用后的透光率L

SL＝(L-L

式中，由于据研究表明光伏组件的内部温度每上升1℃，其输出功率约下降0.5％，所以其损失的输出功率即为0.5％(T-T

步骤A22：设置清洁指数临界值为SL

步骤A22：在光伏组件所在位置地面建立气象监测仪，对气象环境状况进行整体性监测和预警，并通过无线网进行网络化数据监测；

步骤A23：对气象信息进行分析，具体气象信息包括降雨量、风力值以及是否是扬沙或沙尘暴天气；

步骤A24：当监测到扬沙或沙尘暴天气或监测到降雨天气，同时记录降雨过程的降雨量，判断是否足以清除光伏组件积尘，若无法清除，反而会形成湿降尘，从而导致光伏电站发电量的极速减少，则在结束后光伏清洁机器人自动选择最近的时间(清晨或夜晚)集体进行一次全方位的光伏清洁，同时清洁周期以此为第一天，重新计算下一个全面清洁日，由于我国西北干旱地区在春季时的积尘严重，沙尘天气较为频繁，且沙尘天气带来的光伏积尘较多，若不及时清除，下次积尘发生时，上一次的积尘还未完全清除，2次积尘叠加在一起造成的发电量损失更大，因此在沙尘天气停止后光伏清洁机器人便可自动对光伏组件进行全面清洁，同时，考虑到白天为光伏组件光电转换效率最高的时候，因此光伏清洁机器人可选择时间最近的清晨或夜晚对光伏组件进行全面清洁；

若降雨量可以达到清除效果或监测到大风天气，判断是否足以清除光伏组件积尘，且风力值达到清除效果，风力值足够大可以清除光伏组件表面较大颗粒的积尘，而且随着风速的增大，光伏组件的温度会下降，周围空气的相对湿度也会下降，这也有助于提高光伏组件的光电转换效率，相当于光伏组件进行了一次自然清洁，则同等于一次全面清洁，并清洁周期以此为第一天，重新计算下一个全面清洁日；

若风力值无法达到清除效果，则继续实时监测光伏组件的清洁指数，根据清洁指数选择性清洁，由于风力值较小时，风力不仅无法进行清洁，甚至还会携带浮尘，从而引起光伏组件积尘，此时则需要继续对光伏组件本身的清洁指数进行监测计算，根据清洁指数对各区域进行清洁。

步骤A5进一步包括以下步骤：

步骤A51：在一个清洁周期内，记录光伏清洁机器人的清洁效率，包括定时全面清洁和根据清洁指数及时清洁，所述清洁效率通过清洁覆盖率S

步骤A52：在每次清洁的过程中获取机器人可以到达的环境区域S

步骤A53：具体清洁效率值Q的具体计算公式为：

式中，Q为清洁效率值，S

远程监控模块的运行方法主要包括以下步骤：

步骤B1：光伏组件用自动化清洁系统接收所有光伏清洁机器人的状态信息，实时监控机器人所在位置及运行信息，并同步至人工客户端，以备工作人员及时查看，出现问题及时处理；

步骤B2：通讯模块在监控过程中检测到机器人程序有误，出现故障发出警报时，及时进行人工纠正命令操作；

步骤B3：人工反馈处理模块接收到数据信息采集模块采集到的热斑、隐裂信息，立即安排专业人员对光伏组件进行查看检修。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。