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作品名称：基于物联网的智能清洁光伏板机器人
学校名称：兰州交通大学
参赛队伍：横博
参赛学生：薛卫东郭永杰陈利红
指导老师：杨捷媛

详细说明

随着全球能源危机的日益紧迫，清洁能源占全球能源体系的比重越来越大。太阳能作为极具优势的清洁能源，也得到了广泛的应用。太阳能光伏板就是其中之一，但不及时清理光伏板，会导致光伏板上有很多积灰。积灰严重影响了光伏发电性能，故设计基于物联网的智能清洁光伏板机器人极为重要。

目前造成大气污染的主要因素正是以传统火电站为主的锅炉燃煤带来的有害气体排放，统计，每燃烧一吨标准煤就会排放约 2.6 吨二氧化碳。为响应国家大力发展清洁绿色能源，节能减排、减少空气污染，国内光伏电站不断建设为此做出了不小的贡献。但是，目前大型光伏组件清洗主要靠人工完成，费时费力，效率低下，水资源浪费十分严重，每年几十、上百甚至几百万元的清洗费用也增加了光伏电站不少的运营成本。因此急需要一套光伏组件自动清洗机器人，提高水资源利用率，提高光伏组件的清洗效率和降低运营成本。在实际的应用中，空气中的尘埃会源源不断的沉积在光伏板的表面，一定程度上影响光伏板的发电效率，若能对光伏板进行有效的清洁，在相同装机容量下可以提高发电站的发电效率。传统的清洁作业方式为人工清洁，清洁成本较高，为有效的解决传统人工作业的挑战，我们团队研发了一款智能清洁光伏板机器人，它工作效率较高，一分钟清洁光伏组件的工作量，可抵得上一位成年男子工作一小时，同时具有不惧气候、位置、地形的客观压力等优势。

基于物联网的智能清洁光伏板机器人由电源模块、控制模块、驱动模块、清洁模块、支架结构等部分组成，使用机器人代替传统人工清洁，使用时工作人员仅需在手机远程遥控开关上按下启动按钮，机器人便会自动工作，碰到事先安装在光伏板指定位置的传感器，机器人的驱动装置便会反转，带动智能机器人自动返回清洁，此装置设有污水收集净化器，清洗过程中污水会流入净化装置，经过两次过滤后进行二次利用。在不清洗时有固定停放支架，增加了太阳能光伏板节能、环保、高效的效果，大大提高了太阳能光伏板发电的效率，增加了经济效益。

针对目前大型光伏组件清洗主要靠人工完成，费时费力，效率低下，水资源浪费十分严重等问题，本设计主要由清洁装置、控制装置、储能电池组、支撑架、定位架、太阳能电池板及固定太阳能板的支架组成光伏板自动清洁机器人解决以上问题。支撑架主要起支撑作用和放置蓄电池和光伏控制器、步进电机驱动器，控制器。支撑架上方安装光伏板用于自给供电，底部与清洁装置定位架相连接，定位架两侧安置步进电机用于驱动清洁装置，所述的步进电机垂直固定在定位架上，电机轴与特制的直径 60mm 的橡胶轮配合，步进电机控制器与驱动器控制步进电机，通过手机遥控开关机器人在上述动力系统的驱动下带动清洁装置工作。

根据《太阳能利用十三五发展规划征求意见稿》，到 2020 年底，光伏发电总装机容量达到 1.5 亿千瓦，其中分布式光伏发电规模显著扩大，累计装机达到 7000 万千瓦，新增和累计装机容量均为全球第一。

近年来国内外一些专家与学者对积灰影响光伏组件输出性能和光伏系统发电效率进行了若干研究。NASA 曾对来自火星和月球表面的灰尘颗粒物沉降对太阳电池板的影响作了研究，并推导出当灰尘颗粒沉积量达到 3mg/cm2 时，太阳能电池板的太阳透射率会降到 50%。温岩等人总结了积尘对光伏系统发电效率的影响，提出了灰尘对光伏组件透射率、散热和腐蚀的影响，并探究积灰与风速风向、降水强度、空气污染程度、灰尘性质、光伏组件放置的地点和光伏组件安装倾角等因素的关系，得出风速、降水强度与灰尘沉积成正比，雾霾天气会造成灰尘沉积增加，不同性质的灰尘会影响光伏组件的清洗难度，光伏组件安装倾角越大，灰尘越难在其表面附着和滞留。我们团队等人设计了一种新型光伏电站光伏组件自动清洗机，从而解决积灰带来的影响，因此未来发展的趋势必将大幅度上升。