太阳能发电板的自动清理装置设计

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1、太阳能发电板的自动清理装置设计摘要：为了延长室外太阳能发电板的使用寿命，我们设计了一种新型的自动 清扫装置。该太阳能发电板的自动清理装置应配备清扫装置、驱动装置、传感器 主控系统等。为了使太阳能发电板的清洁效率大幅度提高，因此需要各部分协调 配合，其中最主要的工作部分是机械结构和驱动模块。通过实践证明，该装置功 能损耗较低、清扫效率高、可靠性高，稳定性强，可以提高太阳能发电板的使用 效率。关键词：太阳能发电板；自动清扫；传感器引言太阳能电池作为一种无污染能源，在世界各地得到了普遍的应用。目前电力 煤和火油等不可再生的能源需求量十分迫切，能源问题日益成为一个障碍。限制 了国际社会经济的发展，越来

2、越多的国家开始实行了“阳光计划”，开发太阳能 资源，寻求经济发展的新动力。1目前，任何一种提高太阳能转换率的方法，都 需要在太阳能发电板或仪器表面保持清洁的基础上才能实现，否则就会影响到应 用效果。尤其当太阳能发电板表面有水露、湿气时，灰尘和沙土更容易附着在其 表面。2目前国内有多种太阳能发电板清扫方法，一种是应用于航天领域的高端 太阳能发电板清扫装置，采用电化学方法清理表面附着的灰尘，该方法成本很高 不利于推广；另一种方法是清洁工人使用高空作业工具进行人工清扫，不仅危险 系数大，而且维护成本高。3根据上文中所提到的问题，本文设计了一款功能完善、性价比高的太阳能发 电板的自动清扫装置，可以实现

3、对太阳能发电板的智能清扫，满足了太阳能发电 板在清理领域的市场需求。1. 总体设计太阳能发电板自动清理装置主要用于维护露天使用的太阳能发电板，整机设 计主要包括机械结构设计和电路设计。自动清理装置由电机、四连杆、光电传感 器、蓄电池、控制电路板、清洗刷、固定发电板支架等组成。可以对发电板进行 扇形来回清扫，清洗时间可以根据当时的环境设置。整个结构框图如图 1所示。猜扫装衣阳能垃电d电机驱扳+ 传感器部心一is hEJ.件4也图1太阳能发电板自动清理装置总体结构框图正常使用时，太阳能发电板吸收阳光，转化为电能，给电池充电储存能量， 然后电池为电路控制系统供电。维护人员可以通过时间旋转按钮设置定期

4、清洁频 率和时间，如 2、4、6 天。每个动作时间为 10、20、30 秒等。仪表板定期按设 定的频率和时间驱动电机，然后驱动连杆驱动清洁刷，自动清洁太阳能发电板的 灰尘、雨或雪。清洁时，电机旋转 2 圈，摆动杆旋转 2 圈，清洁刷顺时针旋转 180 度，逆时针旋转 180 度，完成往返清洁过程。2. 机械结构设计2.1 机械结构和驱动模块机械结构主要由控制机构、识别机构、清洁机构、传动机构和驱动机构等组 成。其中识别机构由太阳能接收板和蓄电池组成。太阳能接收板下端设置有能量 转换装置将太阳能转化为电能，从而达到使清理装置运行。控制结构和驱动结构 两部分协调配合，较大程度的提高了太阳能发电板的

5、清理效率，采用新能源供电 环保节约。该装置减少了太阳能发电板的清理工人的工作量，随着太阳能发电的 需求扩大，具有较高的实用价值及经济效益。利用太阳能接收板通过能量转换装置与蓄电池连接，同时太阳能接收板的一侧设置有检测装置，检测装置通过下端设置的移动装置带动进行移动，太阳能接 受板上端设置有清理杆，清理杆通过两端设置的清理电机带动在太阳接收板表面 移动，从而实现对太阳能发电板的发电效率。其中垂直支架的下端与水准支架的第一端固定连接，水准支架的第二端与太 阳能发电的下端固定连接，太阳能发电板、水准支架和垂直支架构成三角形结构 包括防尘板、支撑装置、发电板清洁刷、电机，防尘板安装在太阳能发电板的上

6、方，防尘板的下端通过转轴与太阳能发电板的下端连接，支撑装置的下端与垂直 支架可滑动连接，支撑装置的上端与防尘板的上端转动连接，电机的转子与发电 板清洁刷固定连接。2.2 电路设计太阳能发电板的自动清理装置中的电控系统主要包括电路控制板、电机和光 敏传感器、时间旋转按钮等部分，其中电路原理框图如图 2 所示。丈阳能发电板蓄电迪|应i _ StiJ板Y光矍传感肓扫刷.日寸间能按按赳图2太阳能发电板的自动清理装置电路原理框图电路控制板作为整个系统的控制核心，分别与光敏传感器和电机连接，当控 制板检测到光敏传感器反馈的光信号与系统设定的光值不同时，会认为异物附着 在太阳能发电板上，然后输出控制信号启动

7、电机运行，驱动连杆驱动清洁刷清洁 及时清理太阳能发电板表面积累的异物。在设计方案中，时间旋钮与电位器的旋钮相连，电位器的电源端直接与直流 稳压电源连接。通过旋转时间旋转按钮改变电位器的电阻值，通过控制面板检测 电位器的电阻值变化，将其转换为定期清洁时间的设定值并保存，以便根据设定 值定期自动控制太阳能发电板。清洗装置中各用电负荷所需的工作电源可直接由太阳能发电板连接的电池提 供。在太阳能发电板工作期间，转换后的电能储存到电池中。电池通过电源线输 出直流稳压电流到控制面板、光敏传感器、电机生控制面板、光敏传感器、电机 和电位器，为这些电气设备提供能量。2.3 电机驱动桥式驱动电路是单端逻辑输入控

8、制电路，控制电机的正反转。该电路的另一 个特点是控制电源与电机驱动电源分开供电，以更好地达到电机的额定电压。3. 软件系统设计3.1 系统控制技术路线_耒超出脏4爸能识別.态迎标淮脏损程度人工擾IF-*诗吉装庄启动It#愤头吧洒云狞刮毛刷开始转动靈克幵始 古苛运化未羔出RF识标智北识另I圧损程度、-頁二脏;标准柴羞仝部主图 3 系统设计方案流程图3.2 基于 Keil 软件的程序设计太阳能发电板自动清理装置的程序设计使用C语言编程。尽管C语言的工作 效率小于汇编语言，但是C语言的开发和应用速度更快，具备开发非常容易、设 计方案随意、命令多、代码设计方式多种多样、算法设计丰富多样，包含结构型 操

9、作码、代码编译程序自定义、代码移殖率高的特性。由于汇编语言编写不易， 他人也难以理解，因此利用率低。用C语言程序编写可以合理减少开发周期。 Keil通过集成开发环境，将C语言编译器、链接器、库管理与强大的模拟调试器 相结合，形成完整的开发系统。Keil是用C语言编程的最佳选择。用Keil创建 新的基础ARM并保存项目，然后编制和调试程序。4项目特点：（1）全自动智能太阳能发电板清扫系统，该系统还拥有自动检测能力，可 以自助检测太阳能板表面的清洁程度，进而催动装置进一步工作，将太阳能板表 面打扫干净。（2）灰尘实时监控,一旦太阳能发电板表面灰尘太多，影响了发电量，该装 置立即清理,提高了清洁效率

10、,使得太阳能发电的影响减到最小,设置电量检测装 置对太阳能接收板的工作情况进行检测,双重监控,提高检测精度，操作简单。（3）清扫过程中灰尘向前推移落入缝隙中，在螺旋毛刷作用下将灰尘移到 下端 离开太阳能发电板，清扫完毕后，该系统会对太阳能发电板表面进行检测， 检测不合格将会重新进行清理。如果清理三次不合格，该系统会通过手机 APP 进行上报，提醒人们查看问题。5结论该太阳能自动清理系统可以自动识别脏损程度，对灰尘进行实际监控，控制 盒通过控制电机带动保护帘上下遮掩保护太阳能板，并由保护帘下部的清洁刷清 除太阳能板上的灰尘等污垢，也可避免发电板表面的结霜和积雪，能够在低投入 的情况下获得效率的大幅提高。参考文献高凌云.太阳能发电板除尘新技术J.现代物理知识，2010(5):52.2.ALAN CHERN.太阳能发电板效率计(Efficieney Meter)J.电子与电脑, 2011(5):46-48.3. 李伟;段刚;董亚敏;刘兵,太阳能光伏板清扫装置机构研究,中国农机化学 报,2018,98-102,98-102基金项目：2021年山东省大学生创新训练项目(S202113320018； 202113320005)；2020年青岛黄海学院科技创新活动项目(HHKJCX2064)