大賽作品詳情
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作品名稱：基于物聯網的智能清潔光伏板機器人
學校名稱：蘭州交通大學
參賽隊伍：橫博
參賽學生：薛衛東 郭永杰 陳利紅
指導老師：楊捷媛
詳細說明
隨著全球能源危機的日益緊迫，清潔能源占全球能源體系的比重越來越大。太陽能作為 極具優勢的清潔能源，也得到了廣泛的應用。太陽能光伏板就是其中之一，但不及時清理光 伏板，會導致光伏板上有很多積灰。積灰嚴重影響了光伏發電性能，故設計基于物聯網的智能清潔光伏板機器人極為重要。
目前造成大氣污染的主要因素正是以傳統火電站為主的鍋爐燃煤帶來的有害氣體排放， 統計，每燃燒一噸標準煤就會排放約 2.6 噸二氧化碳。為響應國家大力發展清潔綠色能源，節能減排、減少空氣污染，國內光伏電站不斷建設為此做出了不小的貢獻。但是，目前大型 光伏組件清洗主要靠人工完成，費時費力，效率低下，水資源浪費十分嚴重，每年幾十、上 百甚至幾百萬元的清洗費用也增加了光伏電站不少的運營成本。因此急需要一套光伏組件自動清洗機器人，提高水資源利用率，提高光伏組件的清洗效率和降低運營成本。在實際的 應用中，空氣中的塵埃會源源不斷的沉積在光伏板的表面，一定程度上影響光伏板的發電效率，若能對光伏板進行有效的清潔，在相同裝機容量下可以提高發電站的發電效率。傳統的 清潔作業方式為人工清潔，清潔成本較高，為有效的解決傳統人工作業的挑戰，我們團隊研發了一款智能清潔光伏板機器人，它工作效率較高，一分鐘清潔光伏組件的工作量，可抵得上一位成年男子工作一小時，同時具有不懼氣候、位置、地形的客觀壓力等優勢。
基于物聯網的智能清潔光伏板機器人由電源模塊、控制模塊、驅動模塊、清潔模塊、支架結構等部分組成，使用機器人代替傳統人工清潔，使用時工作人員僅需在手機遠程遙控開關上按下啟 動按鈕，機器人便會自動工作，碰到事先安裝在光伏板指定位置的傳感器，機器人的驅動裝置 便會反轉，帶動智能機器人自動返回清潔，此裝置設有污水收集凈化器，清洗過程中污水會流 入凈化裝置，經過兩次過濾后進行二次利用。在不清洗時有固定停放支架，增加了太陽能光 伏板節能、環保、高效的效果，大大提高了太陽能光伏板發電的效率，增加了經濟效益。
針對目前大型光伏組件清洗主要靠人工完成，費時費力，效率低下，水資源浪費十分嚴 重等問題，本設計主要由清潔裝置、控制裝置、儲能電池組、支撐架、定位架、太陽能電池 板及固定太陽能板的支架組成光伏板自動清潔機器人解決以上問題。支撐架主要起支撐作用和 放置蓄電池和光伏控制器、步進電機驅動器，控制器。支撐架上方安裝光伏板用于自給供電， 底部與清潔裝置定位架相連接，定位架兩側安置步進電機用于驅動清潔裝置，所述的步進電 機垂直固定在定位架上，電機軸與特制的直徑 60mm 的橡膠輪配合，步進電機控制器與驅動 器控制步進電機，通過手機遙控開關機器人在上述動力系統的驅動下帶動清潔裝置工作。
根據《太陽能利用十三五發展規劃征求意見稿》，到 2020 年底，光伏發電總裝機容量達 到 1.5 億千瓦，其中分布式光伏發電規模顯著擴大，累計裝機達到 7000 萬千瓦，新增和累計 裝機容量均為全球第一。
近年來國內外一些專家與學者對積灰影響光伏組件輸出性能和光伏系統發電效率進行了 若干研究。NASA 曾對來自火星和月球表面的灰塵顆粒物沉降對太陽電池板的影響作了研究， 并推導出當灰塵顆粒沉積量達到 3mg/cm2 時，太陽能電池板的太陽透射率會降到 50%。溫巖 等人總結了積塵對光伏系統發電效率的影響，提出了灰塵對光伏組件透射率、散熱和腐蝕的 影響，并探究積灰與風速風向、降水強度、空氣污染程度、灰塵性質、光伏組件放置的地點 和光伏組件安裝傾角等因素的關系，得出風速、降水強度與灰塵沉積成正比，霧霾天氣會造 成灰塵沉積增加，不同性質的灰塵會影響光伏組件的清洗難度，光伏組件安裝傾角越大，灰 塵越難在其表面附著和滯留。我們團隊等人設計了一種新型光伏電站光伏組件自動清洗機， 從而解決積灰帶來的影響，因此未來發展的趨勢必將大幅度上升。
