一种野外光伏阵列清扫摆渡系统

2020-04-08章正暘陆元明王青华

黑龙江科学 2020年4期

章正暘，陆元明，王青华

(1.上海电力新能源发展有限公司，上海 200010； 2.上海明华电力科技有限公司，上海 200010)

1 引言

灰尘是影响光伏发电效率的重要因素[1-2]。光伏阵列的清洗成为光伏电站运维的一个重要项目。目前，光伏阵列的清洗方法多为人工清洗[3]，机器清洗应用比例不到2%[4]。究其原因，机器清洗成本太高[5]。现有清扫机器人多为单排清扫，只适用于单排长度足够长的光伏电厂。光伏阵列建造初始未考虑清扫，另外光伏电站大多依据地形建造，光伏排长度受到地形限制，导致光伏清洗机器人应用范围不广。研究各种场景的多排复用方案是解决光伏阵列清扫问题的一个方向。

本研究提出一种野外光伏阵列清扫摆渡系统。摆渡系统使得光伏清扫机器人可以实现多排复用，清扫成本大幅下降。摆渡系统负责把清扫机器人从一个光伏排运送到另外一个光伏排，整个过程为无人值守。野外光伏发电厂的现场情况复杂多变，地面杂草、石块等影响因素众多，杂草干扰摆渡车限位的情况时有发生。野外光伏清扫摆渡系统对摆渡车限位的抗扰性有很高的要求。

2 摆渡系统

2.1 摆渡系统结构

摆渡系统由摆渡车、摆渡车轨道系统组成，如图1所示。摆渡车主要由清洗车停靠支架、光伏发电模块、摆渡车限位模块、摆渡车定位模块、驱动模块和控制模块等组成，如图2所示。摆渡车轨道系统主要由轨道、轨道支架、轨道定位模块和轨道限位模块组成，如图1所示。清洗车停靠支架用于停靠清扫机器人。光伏发电模块包括光伏板和蓄电池，为摆渡车行走提供能源动力。摆渡车定位模块配合轨道定位模块共同实现摆渡车在光伏排的准确停靠，方便清扫车从摆渡车运动到光伏排，从光伏排运动到摆渡车。当摆渡车运动到轨道端部时需原路返回。轨道端部有摆渡车的限位模块，保证摆渡车在轨道上运动。

2.2 摆渡系统工作流程

摆渡车停靠在首排光伏车一段的轨道上，清洗车初始停靠在首排光伏排的另外一侧。清洗车运动到摆渡车上，与摆渡车建立通信。摆渡车确定清洗车已在指定位置后，首先解除和轨道定位装置的卡死状态，然后启动并行走。当摆渡车定位模块检测到轨道下一个定位模块时，摆渡车停止，并微调位置，进行定位操作。定位操作包括位置确定，摆渡车定位装置和轨道定位装置的卡死操作，以避免清洗车运动时，摆渡车晃动。摆渡车通知清洗车定位完成，并通知清洗车进行新一排的清洗。等清洗车完成此光伏排清洗后，返回摆渡车，摆渡车重复上述操作，直至所有光伏排清洗一遍。摆渡车继续行走，直至遇到轨道起始位置的限位装置，摆渡车停止并返回至第一排轨道定位装置处，完成定位后，摆渡车通知清洗车开始清洗。清洗车启动，运行到光伏排的另一侧后停止，等第二天再开始新的流程。整个过程中，如果因为电力或其他原因导致未完成一个周期，则第二天继续原有状态。

图1 摆渡系统简图Fig.1 Structure drawing of ferry system

图2 摆渡车结构简图Fig.2 Structure drawing of ferry vehicle

3 摆渡系统限位结构

在野外光伏阵列中，杂草不仅仅是干扰光伏阵列发电的一个重要因素，很多杂草高度超过光伏板，对光伏板形成遮挡，影响光伏板的发电效率，杂草对摆渡系统的正常运行也产生很大的影响。为降低成本，降低清扫的成本，更加有利于设备的推广利用，摆渡车的限位开关采用的是行程开关。行程开关成本低，在无机械干扰环境中稳定可靠。杂草会对行程开关产生误操作，使得清扫无法正常完成。野外环境中的杂草很难彻底清除，设计一个可以免除杂草干扰的限位机构，对野外光伏摆渡系统的正常运行具有重大的现实意义。图3为摆渡车限位模块结构简图，限位模块主要包括行程开关、行程开关支架和套筒。行程开关固定在行程开关支架上，行程开关支架和套筒通过螺栓固定。行程开关支架固定在摆渡车的端部支架上。轨道限位模块主要包括端部凸块和凸块支架。端部凸块安装在凸块支架上，凸块支架固定在轨道端部，见图4。当摆渡车行驶到端部时，端部凸块深入到套筒内部，触发行程开关。套筒的作用是挡开杂草，防止杂草误碰行程开关。