一种光伏组件自动清洗装置

技术领域

本发明涉及光伏发电设备运行辅助系统领域，特别涉及一种光伏组件自动清洗装置。

背景技术

目前，光伏发电这一清洁能源发展迅速，但不论是集中式光伏还是分布式屋顶光伏，光伏组件表面的清洁工作无疑是一大难题。因光伏组件表面的灰尘会阻挡光照的强度，导致发电效率大打折扣。大部分集中式光伏已采用专用机器人进行光伏组件表面的清洁工作，而分布式屋顶光伏因光伏组件的布置等各方面因素，而无法使用同类型的清洁机器人进行光伏组件表面的清洁工作，并且分布式屋顶光伏除了受光伏组件表面的灰尘影响外，还存在更加严重的影响，那就是积灰带；

积灰带是由大气雨水携带光伏组件表面的灰尘而形成，因分布式屋顶光伏的光伏组件倾斜角非常小，当雨水或阴雨天气来临时，光伏组件表面的灰尘随着水流的冲刷而聚集在光伏组件底部的边框，形成厚度为几毫米的浑浊污水，水分蒸发后，便形成了积灰带。积灰带的存在会形成光伏组件的局部遮挡，这种局部遮挡会导致光伏组件内部的电池组串旁路二极管导通，电流在该组串内循环，不仅严重影响发电效率，还会导致热斑效应，长时间的局部高温最终导致光伏组件烧坏；

目前光伏组件清洁方面存在的缺点和难点：

1、使用清洁机器人成本高；

2、分布式屋顶光伏组件清洁困难；

3、分布式屋顶光伏组件人工清洁时踩踏屋面存在高处坠落的安全风险；

所以设计一种光伏组件自动清洗装置是很有必要的。

现有专利中，最接近的现有技术是，申请号为CN202110460986.0，名称为一种追踪式光伏组件清洁装置及其清洁方法的专利，其公开了该装置包括：支撑板、传动单元、摆动单元、驱动单元和清洁毛刷；两个所述支撑板分别设置在追踪式光伏组件的首端和末端，且均与追踪转轴连接；两个传动单元分别设置在追踪式光伏组件的两侧且分别与两个所述支撑板两侧连接，每个传动单元连接一摆动单元并带动摆动单元沿追踪式光伏组件两侧移动；所述摆动单元与清洁毛刷连接，清洁毛刷横跨太阳电池板两端设置；至少一个摆动单元上设置有驱动单元，驱动单元带动所述清洁毛刷转动。该专利没有洒水装置，如遇到干硬的鸟粪，则不能去除，不完善；

还有一个申请号为CN201520765261.2，名称为光伏组件清洁装置的专利。该专利公开了包括：行走组件；清洁组件，安装在行走组件上，行走组件移动以使清洁组件清洁光伏组件(1)表面上的污浊；该专利不能时时对光伏组件的污物进行监控，不完善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光伏组件自动清洗装置，能有效地自动进行集中式光伏组件或分布式屋顶光伏组件表面灰尘和积灰带的清洁工作且成本低，无需人工干预；避免光伏组件表面的灰尘和积灰带影响发电效率及热斑效应的形成，有效提高光伏组件的发电效率以及安全稳定运行。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种光伏组件自动清洗装置，用于光伏组件上的污物的清理；包括分别设在光伏组件两侧的导轨、与所述导轨滚动连接的支架总成、设在所述支架总成上的清洁器、用于驱动所述支架总成沿所述导轨滚动的驱动装置、设在所述光伏组件上方的洒水装置、设在所述支架总成上的光敏传感器以及设在所述导轨上的控制器；所述控制器分别与所述驱动装置以及光敏传感器信号连接。

进一步的，所述导轨为槽钢,所述导轨数量为2根，开口相背设置在光伏组件两侧。

进一步的，所支架总成包括与所述导轨滚动连接的滚轮以及与所述滚轮转动连接的清洁器支架；所述滚轮数量为两个，分别与所述导轨滚动连接。所述清洁器与所述清洁器支架固定连接

进一步的，所述驱动装置包括外壳与所述清洁器支架固定连接的第一减速电机；所述第一减速电机输出端与所述滚轮固定连接。

进一步的，所述第一减速电机数量为两台；分别与所述滚轮动力连接。

进一步的，所述光敏传感器数量为三个，沿所述清洁器支架长度方向布置。

进一步的，所述导轨的两端均设有限位开关，一端为第一限位开关，另一端为第二限位开关；所述第一限位开关以及所述第二限位开关均与所述控制器信号连接。

进一步的，所述控制器为PLC控制器。

进一步的，所述洒水装置包括与所述导轨固定连接的支座、与所述支座固定连接的光轴、与所述光轴滑动连接的滑块、与所述滑块固定连接的洒水喷头以及用于驱动所述洒水喷头往复运动的动力装置；所述洒水喷头的出水方向朝向光伏组件的表面。

进一步的，所述动力装置包括与所述支座转动连接的丝杠、与所述丝杠螺纹连接的丝母以及输出端与所述丝杠固定连接的第二减速电机；所述丝母与所述滑块固定连接；所述第二减速电机外壳与所述支座固定连接；所述第二减速电机与所述PLC控制器信号连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过设置的所述洒水装置包括与所述导轨固定连接的支座、与所述支座固定连接的光轴、与所述光轴滑动连接的滑块、与所述滑块固定连接的洒水喷头以及用于驱动所述洒水喷头往复运动的动力装置；所述洒水喷头的出水方向朝向光伏组件的表面；所述动力装置包括与所述支座转动连接的丝杠、与所述丝杠螺纹连接的丝母以及输出端与所述丝杠固定连接的第二减速电机；所述丝母与所述滑块固定连接；所述第二减速电机外壳与所述支座固定连接；所述第二减速电机与所述PLC控制器信号连接；所述洒水喷头沿所述光伏组件组件表面往复的喷水，将灰尘或者鸟粪软化，便于清洁器清理；

2.通过设置的PLC控制器进行全自动控制，针对光伏组件的表面灰尘和积灰带，分为时间控制和光敏传感器控制，并且两种控制方式相互配合；

时间控制：未工作时，清洁器位于光伏组件的下方。当时间到达设置清洁工作开始的时间点时，PLC控制器发出指令，洒水喷头开始对光伏组件洒水并启动两个减速电机带动清洁器往光伏组件的上方移动，进行清洁工作；当两个减速电机到达导轨顶部，碰撞限位开关后，PLC控制器发出指令，两个减速电机反转，带动清洁器往光伏组件的下方移动，再次进行清洁工作，此过程往复进行；当时间到达设置清洁工作结束的时间点时，若PLC 控制器通过光敏传感器判断积灰带已清洁完成，则发出指令，两个减速电机带动清洁器移动至工作开始前的位置并停止洒水喷头对光伏组件洒水，结束清洁工作。若PLC控制器通过光敏传感器判断积灰带未清洁完成，则清洁工作继续，直至积灰带清洁完成后结束清洁工作。

光敏传感器控制：未工作时，清洁器位于光伏组件的下方。当时间未到达设置清洁工作开始的时间点，但PLC控制器通过光敏传感器判断积灰带需要进行清洁时，PLC控制器仍发出指令，洒水喷头开始对光伏组件洒水并启动两个减速电机带动清洁器往光伏组件的上方移动，进行清洁工作；当两个减速电机到达导轨顶部，碰撞限位开关后，PLC控制器发出指令，两个减速电机反转，带动清洁器往光伏组件的下方移动，再次进行清洁工作，此过程往复进行。当时间到达设置清洁工作结束的时间点时，若PLC控制器通过光敏传感器判断积灰带已清洁完成，则发出指令，两个减速电机带动清洁器移动至工作开始前的位置并停止旋转洒水喷头对光伏组件洒水，结束清洁工作。若PLC控制器通过光敏传感器判断积灰带未清洁完成，则清洁工作继续，直至积灰带清洁完成后结束清洁工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意主视图；

图2为图1的A向示意图；

图3为图1的B向示意图；

图4为图2的C向示意图。

图中标号说明：

1-光伏组件、2-导轨、3-滚轮、4-第一减速电机、5-清扫器支架、6-光敏传感器、7-清洁器、8-第一限位开关、9-洒水喷头、10-支座、11-控制器、12-第二限位开关、13-光轴、14-滑块、15-丝母、16-丝杠、17-第二减速电机。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供。因此，其它实施例也在相应权利要求项的保护范围之内。

另外，下面描述中的附图仅为本发明的较佳实施例而已，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外这些实施例并不用以限制本发明，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。

此外，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于装置本身或相应子部件的主视图所示的坐标体系而形成的方位或位置关系，且在论述到其他方向视图时，该套坐标体系不会随之转动。此外对于杆状或长条状部件而言，“前端”与“头部”是相同意思的名词，而“后端”与“尾端”、“末端”等名词是相同的意思。而上述方位名词仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反或特定说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；另外关于方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

另外需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，尤其不存在“主要、次要”或排列顺序上的特定含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

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、完整的描述。

实施例1

如图1-4所示：

一种光伏组件自动清洗装置，用于光伏组件1上的污物的清理；光伏组件与地面倾斜布置；包括分别设在光伏组件1两侧的导轨2、与所述导轨1滚动连接的支架总成、设在所述支架总成上的清洁器7、用于驱动所述支架总成沿所述导轨2滚动的驱动装置、设在所述光伏组件1上方的洒水装置、设在所述支架总成上的光敏传感器6以及设在所述导轨 2上的控制器11；所述控制器11分别与所述驱动装置以及光敏传感器6信号连接。清洁器7平时位于光伏组件1的下部；洒水装置位于光伏组件1的顶部；洒水装置出水方向朝向光伏组件1；洒水装置包括盛有水的的水箱(水箱在附图中没有画出)。

所述导轨2为槽钢,所述导轨2数量为2根，相背设置在光伏组件1两侧。

所支架总成包括与所述导轨2滚动连接的滚轮3以及与所述滚轮3转动连接的清洁器支架5；所述滚轮3数量为两个，分别与所述导轨2滚动连接；滚轮3可以在槽钢的槽内滚动。槽钢的开口方向朝外(也就是开口方向远离光伏组件1)；所述清洁器7与所述清洁器支架5固定连接

所述驱动装置包括外壳与所述清洁器支架5固定连接的第一减速电机4；所述第一减速电机4输出端与所述滚轮3固定连接。

所述第一减速电机4数量为两台；分别与所述滚轮3动力连接；两台第一减速电机4之间设有同步器，保持同步动作；避免动作不同步发生干涉。

所述光敏传感器6数量为三个，沿所述清洁器支架5长度方向布置。光伏组件1下方积灰带的形成会影响光的反射程度，以此判断光伏组件1下方的清洁度；光敏传感器6安装在清洁器7的斜上方；

所述导轨2的两端均设有限位开关，一端为第一限位开关8，另一端为第二限位开关 12；所述第一限位开关8以及所述第二限位开关12均与所述控制器11信号连接。

所述控制器11为PLC控制器。PLC控制器内设有时间模块；

所述控制器11采用欧姆龙SYSMAC机器控制器，属于NJ系列机器控制器，一种用于控制多个受控对象，如机器人、外轴等的机器控制器。

欧姆龙SYSMAC机器控制器的构成包括：一个第一系统执行机构，用于存储描述作为第一协调作业的多个受控对象的操作的命令，及时这些命令的执行；一个第二系统执行机构，用于存储描述作为第二协调作业的由第一系统执行机构支配的这些受控对象中任何一个的操作及这些受控对象之外的一或多个受控对象的操作的命令，及对这些命令的执行；以及一个第三系统执行机构，用于存储启动上述第一系统执行机构及上述第二系统执行机构的命令，以及时这些命令的异步和同步执行。

SYSMAC机器控制器是运动、逻辑、视觉控制三合一，执行最小500μs的高速运算，最多64轴的运动控制，内置EtherNet/IP与EtherCAT主站，最多可支持192节点的 EtherCAT从站(含轴)，符合IEC61131-3标准的标准化编程环境，支持符合plcopen标准的运动控制功能块，直线、圆弧等的插补动作功能，电子齿轮、电子齿轮的同步动作功能。

本装置的工作过程如下：

将本装置安装好，通过设置的PLC控制器进行全自动控制，针对光伏组件1的表面灰尘和积灰带等的清洁，分为时间控制和光敏传感器控制，并且两种控制方式相互配合；

时间控制：PLC控制器内设定好清洁时间(包括每天几点清洁以及清洁的工作时长)；未工作时，清洁器7位于光伏组件1的下方。当时间到达设置清洁工作开始的时间点时，PLC控制器发出指令，洒水喷头9开始对光伏组件1的表面洒水，并启动两个减速电机4 带动清洁器7往光伏组件1的上方移动，进行清洁工作；

当两个减速电机4到达导轨2顶部，碰撞限位开关(第二限位开关12)后，PLC控制器发出指令，两个减速电机4反转，带动清洁器7往光伏组件1的下方移动；当第一限位开关8探测到滚轮3接近的信号，也就是清洁器7位于光伏组件1下方的位置信号，PLC 控制器给减速电机4发出指令，减速电机4反转，带动清洁器7向上再次进行清洁工作，此过程往复进行；

当时间到达设置清洁工作结束的时间点时，若PLC控制器通过光敏传感器6判断积灰带已清洁完成，则发出指令，两个减速电机4带动清洁器7移动至工作开始前的位置并停止洒水喷头9对光伏组件1洒水，结束清洁工作；若PLC控制器通过光敏传感器6判断积灰带未清洁完成，则清洁工作继续，直至积灰带清洁完成后结束清洁工作。

光敏传感器6控制：未工作时，清洁器7位于光伏组件1的下方。当时间未到达设置清洁工作开始的时间点，但PLC控制器通过光敏传感器6判断积灰带需要进行清洁时，PLC控制器发出指令，洒水喷头9开始对光伏组件1洒水，并启动两个减速电,机4带动清洁器 7往光伏组件1的上方移动，进行清洁工作；

当两个减速电机4到达导轨2顶部，碰撞限位开关(第二限位开关12)后，PLC控制器发出指令，两个减速电机4反转，带动清洁器7往光伏组件1的下方移动，再次进行清洁工作，此过程往复进行；

当时间到达设置清洁工作结束的时间点时，若PLC控制器通过光敏传感器6判断积灰带已清洁完成，则发出指令，两个减速电机4带动清洁器7移动至工作开始前的位置(由第一限位开关8探测的最低位置)并停止旋转洒水喷头9对光伏组件1洒水，结束清洁工作。若PLC控制器通过光敏传感器6判断积灰带未清洁完成，则清洁工作继续，直至积灰带清洁完成后结束清洁工作。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于，所述洒水装置包括与所述导轨2 固定连接的支座10、与所述支座10固定连接的光轴13、与所述光轴13滑动连接的滑块14、与所述滑块14固定连接的洒水喷头9以及用于驱动所述洒水喷头9往复运动的动力装置；所述洒水喷头9的出水方向朝向光伏组件1的表面。

所述动力装置包括与所述支座10转动连接的丝杠16、与所述丝杠16螺纹连接的丝母 15以及输出端与所述丝杠16固定连接的第二减速电机17；所述丝母15与所述滑块14固定连接；所述第二减速电机17外壳与所述支座10固定连接；所述第二减速电机17与所述PLC控制器信号连接。所述支座10为两个，分别与导轨2固定连接，每个支座10上均设有第三限位开关，第三限位开关用于限制洒水喷头9的运动轨迹，防止丝母15与支座 10碰撞；控制器11与两个第三限位开关信号连接；

洒水喷头9与水箱内的水连通；水箱可置于光伏组件1的上方，便于水靠自重流出，洒水喷头9与水箱之间设有电控阀门，电控阀门与控制器11信号连接；需要喷水时，控制器11将电控阀门打开，不需要时关闭；

通过设置的能够往复喷水的洒水喷头9，可以软化光伏组件1表面的灰尘或者鸟粪等污物，便于清洁器7进行清洁，提高了清洁的效率。

本实施例与实施例1工作原理基本相同，就不在赘述。

实施例3

本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于，所述PLC控制器采用西门子控制器，型号为S7-300：处理速度0.8-1.2ms；存贮器2k；数字量1024点；模拟量128路；网络PROFIBUS；工业以太网；价格适中，容易配套。

本实施例与实施例1工作原理基本相同，就不在赘述。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

目前，本申请的技术方案已经采用实施例1的最佳实施方式，已经进行了中试，即产品在大规模量产前的小规模实验；中试完成后，在小范围内开展了用户使用调研，调研结果表明用户满意度较高；现在已经着手准备产品正式投产进行产业化；最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。