光伏方陣清洗系統及控制方法與流程
2024-04-16 05:02:05
1.本發明屬於光伏發電的技術領域，具體涉及一種光伏方陣清洗系統及控制方法。
背景技術：
2.光伏發電系統是指利用光伏電池的光生伏特效應，將太陽輻射能直接轉換成電能的發電系統。通常情況下，光伏發電系統包括光伏陣列、蓄電池組、充電集中控制器、逆變器等。
3.光伏陣列包括多個光伏方陣，其輸出功率受太陽光光照的影響較大。由於光伏方陣安裝在室外，灰塵、砂礫、鳥類糞便以及其它汙垢都可能附著在光伏方陣的上表面，影響光伏方陣對太陽光的接收，進而降低光伏方陣將光能轉換為電能的效率。還影響光伏方陣的使用壽命。因此，需要對光伏方陣進行清洗以除去光伏方陣上表面的汙垢，使光伏方陣充分利用光照，提高發電效率。
4.通常情況下，光伏方陣的清洗是通過人工完成的，需投入大量的人力和財力，成本較高。為了實現對光伏方陣的自動清洗，申請號為201620947205.5的專利文獻公開了一種光伏板清洗裝置，光伏方陣的外周安裝有邊框，邊框的上下兩側通過第一導軌槽和第二導軌槽安裝有清潔刷，通過電動機拉動第一拉繩或第二拉繩帶動清潔刷左右運動，對光伏方陣進行清潔。申請號為202220676265.3的專利文獻公開了一種雙電機驅動太陽能光伏板清潔裝置，其通過移動件帶動移動塊移動，進而帶動第二支撐板移動，第二支撐板移動能夠帶動刷洗件在光伏方陣上方移動，第一電機帶動轉盤轉動，進而帶動毛刷對光伏方陣進行清掃，與此同時，噴水件對光伏方陣進行噴水，二者相配合實現對光伏方陣的清洗。
5.上述專利文獻能夠實現對光伏方陣的自動清洗，但是需要通過工作人員來判斷清潔光伏方陣的時機。當工作人員觀察到光伏方陣上的灰塵、砂礫、鳥類糞便等汙垢較多時，通過啟動清洗裝置對光伏方陣進行清洗。
技術實現要素：
6.本發明所要解決的技術問題是提供一種光伏方陣清洗系統及控制方法，能夠自動判斷光伏方陣是否需要清洗，當光伏方陣需要清洗時，控制清洗裝置對光伏方陣進行清洗。
7.本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：光伏方陣清洗系統，包括：
8.清洗裝置，用於清洗光伏方陣；
9.氣象監測裝置，用於獲取天氣信息；
10.光伏監控裝置，用於獲取所述光伏方陣的發電衰減效率；
11.所述光伏監控裝置與所述氣象監測裝置通信連接，所述光伏監控裝置接收所述天氣信息，並根據所述發電衰減效率和天氣信息，控制所述清洗裝置清洗所述光伏方陣。
12.進一步的，所述清洗裝置包括第一導軌、移動小車和清洗小車；
13.所述第一導軌與所述光伏方陣的邊沿相鄰安裝，所述第一導軌的長度方向與所述光伏方陣的長度方向a相平行；所述第一導軌成對布置，兩個所述第一導軌分別位於所述光
伏方陣寬度方向b的兩端；
14.所述移動小車包括間隔設置於所述光伏方陣上方的第二導軌，所述第二導軌的長度方向與所述光伏方陣的寬度方向b相平行；所述第二導軌的兩端均連接有連接板，所述光伏方陣位於兩個所述連接板之間；所述移動小車的車輪通過兩個所述連接板安裝，並通過第一驅動電機驅動；所述移動小車的車輪與所述第一導軌滾動配合；
15.所述清洗小車包括底座，以及通過所述底座安裝的水箱、第二驅動電機、蓄電池、毛刷、噴嘴和車輪；
16.所述清洗小車的車輪通過所述第二驅動電機驅動，所述清洗小車的車輪與所述第二導軌滾動配合；
17.所述毛刷和噴嘴位於所述底座的下方，所述毛刷與所述光伏方陣的上表面相接觸，所述噴嘴與所述光伏方陣的上表面相對應布置；所述噴嘴與所述水箱通過管道相連通；所述管道上安裝有用於控制所述管道連通或者斷開的第一電磁閥；
18.所述第二驅動電機與蓄電池電連接；
19.所述光伏監控裝置、第一驅動電機、第二驅動電機和第一電磁閥均與集中控制器通信連接。
20.進一步的，所述第二導軌設置有兩個，兩個所述第二導軌沿所述光伏方陣的長度方向a相間隔布置，所述連接板連接兩個所述第二導軌；
21.所述清洗小車位於兩個所述第二導軌之間。
22.進一步的，還包括供水管，以及安裝於所述供水管上的第二電磁閥，所述供水管的出水口位於所述光伏方陣邊沿的上方；
23.所述水箱的頂部開設有與其內腔相連通的進水口，所述進水口處安裝有蓋體，所述蓋體通過驅動機構打開或者關閉；
24.所述水箱的內腔中安裝有液位傳感器；
25.所述底座上安裝有導航定位模塊；
26.所述第二電磁閥、液位傳感器、驅動機構和導航定位模塊均與所述集中控制器通信連接。
27.進一步的，所述底座為箱體結構，所述集中控制器、第二驅動電機、蓄電池、水管和導航定位模塊均安裝於所述箱體結構之內；
28.所述水箱固定安裝於所述箱體結構的頂板上；
29.所述毛刷和噴嘴通過所述箱體結構的底板安裝，且位於所述箱體結構之外。
30.進一步的，還包括充電座；
31.所述充電座通過所述第一導軌安裝，所述充電座間隔設置於所述光伏方陣的上方，並與所述供水管的出水口相鄰布置；
32.所述充電座上設置有朝向所述第一導軌內側方的充電接口，所述清洗小車的底座上設置有與所述蓄電池電連接的充電埠，所述充電埠與所述充電接口相適配；
33.所述蓄電池與集中控制器通信連接。
34.進一步的，還包括雷射探測器；
35.所述雷射探測器安裝於所述清洗小車的底座上，且位於所述底座的下部；所述集中控制器與所述雷射探測器通信連接。
36.光伏方陣清洗的控制方法，採用光伏方陣清洗系統，包括步驟：
37.s1，氣象監測裝置監測光照強度，根據光照強度和歷史發電情況，光伏監控裝置計算光伏方陣的理論發電量，每天將光伏方陣的實際發電量與理論發電量進行比較得到發電衰減效率：
[0038][0039]
其中，w1為光伏方陣每天理論發電量，單位為kwh；
[0040]
w2為光伏方陣每天實際發電量，單位為kwh；
[0041]
δw為理論發電量與實際發電量的差值，單位為kwh；
[0042]
η1為光伏方陣的發電衰減效率。
[0043]
s2，每天將安裝方式相同的光伏方陣的單位功率發電量進行比較，得到不同光伏方陣發電量差值率：
[0044]en
＝wn/pn[0045]
其中，wn為第n個光伏方陣的實際發電功率，單位為kwh；
[0046]
pn為第n個光伏方陣裝機容量，單位為kwp；
[0047]
en為第n個光伏方陣每天單位功率發電量，單位為kwh；
[0048][0049]
其中，η2為安裝方式相同的光伏方陣與光伏方陣之間發電量差值率最大值；
[0050]
若發電衰減效率η1與發電量差值率η2都低於5％，則認為發電效率沒有明顯下降，不需要清洗；
[0051]
若發電衰減效率η1或發電量差值率η2高於5％，但小於10％超過3天，則認為需要啟動清洗裝置；
[0052]
若發電衰減效率η1或發電量差值率η2高於10％，則認為需要馬上啟動清洗裝置；
[0053]
s3，根據氣象監測裝置監測到的天氣情況，若大風v、暴雨r天氣情況下，則光伏監控裝置不啟動清洗裝置；
[0054][0055]
其中，為非大風天氣，為非暴雨天氣，s為清洗裝置的啟動判據；
[0056]
s4，集中控制器接收到光伏監控裝置發出的清洗指令後，控制清洗裝置清洗光伏方陣。
[0057]
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明提供一種光伏方陣清洗系統及控制方法，能夠自動判斷光伏方陣是否需要清洗，當光伏方陣需要清洗時，控制清洗裝置對光伏方陣進行清洗。通過對光伏方陣理論發電量與實際發電量的發電衰減效率、不同光伏方陣平均發電量差異情況、大風、以及暴雨因素來綜合判斷是否啟動清洗裝置。光伏方陣的清洗工作全部通過自動化完成，清洗及時、效率高，清潔效果好，降低了運維人員工作強度，提升了光伏方陣的能量轉化效率。不僅適用於城市軌道交通的光伏發電系統，而且適用於與其有類似結構的分布式光伏發電系統。
附圖說明
[0058]
圖1是本發明的俯視結構示意圖；
[0059]
圖2是本發明的主視結構示意圖；
[0060]
圖3是本發明的清洗小車的結構示意圖；(圖中雷射探測器未示出)
[0061]
圖4是本發明的雷射探測器的安裝結構示意圖；
[0062]
圖5是本發明的清洗裝置與光伏方陣相配合的立體結構示意圖；(為簡化視圖，第一驅動電機、光伏支架、立柱、充電座等未示出)
[0063]
圖6是本發明的流程圖；
[0064]
附圖標記：1-光伏方陣；2-光伏監控裝置；3-氣象監測裝置；4-集中控制器；5-第一導軌；6-移動小車；601-第二導軌；602-連接板；603-車輪；7-清洗小車；701-底座；702-水箱；703-車輪；704-第二驅動電機；705-蓄電池；706-毛刷；707-噴嘴；708-管道；709-蓋體；8-供水管；9-充電座；10-雷射探測器；11-第一電磁閥；12-第二電磁閥；13-液位傳感器；14-立柱；15-光伏支架；16-導航定位模塊。
具體實施方式
[0065]
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0066]
光伏方陣清洗系統，包括：清洗裝置，用於清洗光伏方陣1；氣象監測裝置3，用於獲取天氣信息；光伏監控裝置2，用於獲取所述光伏方陣1的發電衰減效率；所述光伏監控裝置2與所述氣象監測裝置3通信連接，所述光伏監控裝置2接收所述天氣信息，並根據所述發電衰減效率和天氣信息，控制所述清洗裝置清洗所述光伏方陣1。
[0067]
以一個光伏方陣1的清洗過程進一步說明。
[0068]
s1，氣象監測裝置3監測光照強度，根據光照強度和歷史發電情況，光伏監控裝置2計算光伏方陣1的理論發電量，每天將光伏方陣1的實際發電量與理論發電量進行比較得到發電衰減效率：
[0069][0070]
其中，w1為光伏方陣1每天理論發電量，單位為kwh；
[0071]
w2為光伏方陣1每天實際發電量，單位為kwh；
[0072]
δw為理論發電量與實際發電量的差值，單位為kwh；
[0073]
η1為光伏方陣的發電衰減效率。
[0074]
s2，每天將安裝方式相同的光伏方陣1的單位功率發電量進行比較，得到不同光伏方陣1發電量差值率：
[0075]en
＝wn/pn[0076]
其中，wn為第n個光伏方陣的實際發電功率，單位為kwh；
[0077]
pn為第n個光伏方陣裝機容量，單位為kwp；
[0078]
en為第n個光伏方陣每天單位功率發電量，單位為kwh；
[0079][0080]
其中，η2為安裝方式相同的光伏方陣與光伏方陣之間發電量差值率最大值；
[0081]
若發電衰減效率η1與發電量差值率η2都低於5％，則認為發電效率沒有明顯下降，不需要清洗；
[0082]
若發電衰減效率η1或發電量差值率η2高於5％，但小於10％超過3天，則認為需要啟動清洗裝置；
[0083]
若發電衰減效率η1或發電量差值率η2高於10％，則認為需要馬上啟動清洗裝置；
[0084]
s3，根據氣象監測裝置3監測到的天氣情況，若大風v、暴雨r天氣情況下，則光伏監控裝置2不啟動清洗裝置；
[0085][0086]
其中，為非大風天氣，為非暴雨天氣，s為清洗裝置的啟動判據。
[0087]
大風v，具體是指風力大於四級。
[0088]
s4，集中控制器4接收到光伏監控裝置2發出的清洗指令後，控制清洗裝置清洗光伏方陣1。
[0089]
清洗裝置可以採用現有的結構，如申請號為201620947205.5的專利文獻中公開的光伏板清洗裝置，又如申請號為202220676265.3的專利文獻中公開的雙電機驅動太陽能光伏板清潔裝置。集中控制器4可以選用單片機或者plc可編程控制器。
[0090]
優選的，所述清洗裝置包括第一導軌5、移動小車6和清洗小車7；所述第一導軌5與所述光伏方陣1的邊沿相鄰安裝，所述第一導軌5的長度方向與所述光伏方陣1的長度方向a相平行；所述第一導軌5成對布置，兩個所述第一導軌5分別位於所述光伏方陣1寬度方向b的兩端；所述移動小車6包括間隔設置於所述光伏方陣1上方的第二導軌601，所述第二導軌601的長度方向與所述光伏方陣1的寬度方向b相平行；所述第二導軌601的兩端均連接有連接板602，所述光伏方陣1位於兩個所述連接板602之間；所述移動小車6的車輪603通過兩個所述連接板602安裝，並通過第一驅動電機驅動；所述移動小車6的車輪603與所述第一導軌5滾動配合；所述清洗小車7包括底座701，以及通過所述底座701安裝的水箱702、第二驅動電機704、蓄電池705、毛刷706、噴嘴707和車輪703；所述清洗小車7的車輪703通過所述第二驅動電機704驅動，所述清洗小車7的車輪703與所述第二導軌601滾動配合；所述毛刷706和噴嘴707位於所述底座701的下方，所述毛刷706與所述光伏方陣1的上表面相接觸，所述噴嘴707與所述光伏方陣1的上表面相對應布置；所述噴嘴707與所述水箱702通過管道708相連通；所述管道708上安裝有用於控制所述管道708連通或者斷開的第一電磁閥11；所述第二驅動電機704與蓄電池705電連接；所述光伏監控裝置2、第一驅動電機、第二驅動電機704和第一電磁閥11均與集中控制器4通信連接。
[0091]
第一導軌5可以通過立柱14或者光伏支架15安裝，通過第一導軌5與移動小車6的車輪603的滾動配合，為移動小車6沿光伏方陣1長度方向a的運動提供導向支撐作用。光伏方陣1位於兩個第一導軌5之間。第二導軌601為清洗小車7沿光伏方陣1寬度方向b的運動提供導向支撐作用。實現對光伏方陣1的全面清洗，減小清洗小車7的體積。底座701為水箱702、第二驅動電機704、蓄電池705、毛刷706、噴嘴707以及車輪703提供安裝支撐。蓄電池705為第二驅動電機704提供電能。水箱702的內腔通過管道708與噴嘴707相連通。集中控制器4控制第一電磁閥11的打開或者關閉。在管道708上安裝電磁閥以實現對管道708通斷的控制是現有技術。清洗小車7位於光伏方陣1的上方，清洗小車7的毛刷706與光伏方陣1的上
表面相接觸，清洗小車7的噴嘴707向光伏方陣1的上表面相噴水。光伏監控裝置2向集中控制器4發出清洗指令，集中控制器4接收到清洗指令後，向第一驅動電機、第二驅動電機704分別發送驅動信號，向第一電磁閥11發送打開信號，水箱702中的水通過噴嘴707噴淋在光伏方陣1的上表面。在移動小車6與清洗小車7的配合運動下，毛刷706將附著於光伏方陣1上的汙垢清掃掉。清洗完成後，集中控制器4向第一驅動電機、第二驅動電機704分別發送停機信號，向第一電磁閥11發送關閉信號。
[0092]
第二導軌601可以設置一個，優選的，所述第二導軌601設置有兩個，兩個所述第二導軌601沿所述光伏方陣1的長度方向a相間隔布置，所述連接板602連接兩個所述第二導軌601；所述清洗小車7位於兩個所述第二導軌601之間。設置兩個第二導軌601，不僅能對清洗小車7穩定支撐，而且使清洗小車7的運動平穩，提高裝置的可靠性。
[0093]
為了實現對水箱702的自動加水，優選的，還包括供水管8，以及安裝於所述供水管8上的第二電磁閥12，所述供水管8的出水口位於所述光伏方陣1邊沿的上方；所述水箱702的頂部開設有與其內腔相連通的進水口，所述進水口處安裝有蓋體709，所述蓋體709通過驅動機構打開或者關閉；所述水箱702的內腔中安裝有液位傳感器13；所述底座701上安裝有導航定位模塊16；所述第二電磁閥12、液位傳感器13、驅動機構和導航定位模塊16均與所述集中控制器4通信連接。
[0094]
水箱702中安裝的液位傳感器13實時檢測水箱702內腔中的水位高低，並將檢測液位信號發送給集中控制器4，集中控制器4將檢測液位值與第一預設液位值進行比較，當檢測液位值小於第一預設液位值時，說明水箱702內水量不足。導航定位模塊16實時檢測清洗小車7的所在位置，並將檢測位置信息發送給集中控制器4，集中控制器4將檢測位置數據與預設位置數據進行對比後，向第一驅動電機和第二驅動電機704分別發送驅動信號，使清洗小車7運動至初始位置。當清洗小車7運動至初始位置時，蓋體709位於供水管8出水口的下方。還可以採用現有的掃地機器人運動至指定地點的控制方式。當清洗小車7運動至初始位置時，集中控制器4向驅動機構發送打開蓋體信號，驅動機構驅動蓋體709打開；集中控制器4向第二電磁閥12發送打開信號，供水管8向水箱702中加水。液位傳感器13實時檢測水箱702內腔中的水位高低，集中控制器4將檢測液位值與第二預設液位值進行比較，當檢測液位值大於第二預設液位值時，說明水箱702內水量充足，集中控制器4向第二電磁閥12發送關閉信號，供水管8停止向水箱702中加水；集中控制器4向驅動機構發送關閉蓋體信號，驅動機構驅動蓋體709關閉。第二預設液位值大於第一預設液位值。驅動機構為現有技術中的結構，如申請號為202020809264.2的專利文獻中公開的箱蓋開閉機構。導航定位模塊16為現有的結構。
[0095]
所述底座701為箱體結構，所述集中控制器4、第二驅動電機704、蓄電池705、水管708和導航定位模塊16均安裝於所述箱體結構之內；所述水箱702固定安裝於所述箱體結構的頂板上；所述毛刷706和噴嘴707通過所述箱體結構的底板安裝，且位於所述箱體結構之外。
[0096]
為了實現對清洗小車7的自動充電，優選的，還包括充電座9；所述充電座9通過所述第一導軌5安裝，所述充電座9間隔設置於所述光伏方陣1的上方，並與所述供水管8的出水口相鄰布置；所述充電座9上設置有朝向所述第一導軌5內側方的充電接口，所述清洗小車7的底座701上設置有與所述蓄電池705電連接的充電埠，所述充電埠與所述充電接
口相適配；所述蓄電池705與集中控制器4通信連接。第一導軌5為充電座9提供安裝支撐，第一導軌5內側方具體是指，兩個第一導軌5相對應布置的側面。集中控制器4上集成設置的電量檢測模塊實時檢測蓄電池705的電量，與預設電量值比較後判斷電量是否充足。當集中控制器4上的電量檢測模塊檢測到蓄電池705的電量不足時，集中控制器4向第一驅動電機、第二驅動電機704分別發送驅動信號，在導航定位模塊16的配合下，使清洗小車7、移動小車6運動至初始位置，充電接口與充電埠電連接，進而對蓄電池705充電。充電座9由所在區域的變電所進行供電。
[0097]
還包括雷射探測器10，所述雷射探測器10安裝於所述清洗小車7的底座701上，且位於所述底座701的下部；所述集中控制器4與所述雷射探測器10通信連接。雷射探測器10包括雷射發射模塊和接收模塊，雷射發射模塊向光伏方陣1的上表面發射雷射，接收模塊接收反射回的光束，集中控制器4將發射出的雷射束與接收到的光束進行對比，計算雷射衰減度，以判斷光伏方陣1是否被清洗乾淨。當光伏方陣1被清洗乾淨時，通過導航定位模塊16的配合，集中控制器4控制清洗小車7和移動小車6返回初始位置。當光伏方陣1未被清洗乾淨時，清洗小車7和移動小車6繼續作業。優選的，雷射探測器10設置有兩個，兩個雷射探測器10分別位於底座701沿光伏方陣1的寬度方向b的兩端。
[0098]
光伏方陣清洗的控制方法，採用光伏方陣清洗系統，包括步驟：
[0099]
s1，氣象監測裝置3監測光照強度，根據光照強度和歷史發電情況，光伏監控裝置2計算光伏方陣1的理論發電量，每天將光伏方陣1的實際發電量與理論發電量進行比較得到發電衰減效率：
[0100][0101]
其中，w1為光伏方陣1每天理論發電量，單位為kwh；
[0102]
w2為光伏方陣1每天實際發電量，單位為kwh；
[0103]
δw為理論發電量與實際發電量的差值，單位為kwh；
[0104]
η1為光伏方陣1的發電衰減效率。
[0105]
s2，每天將安裝方式相同的光伏方陣1的單位功率發電量進行比較，得到不同光伏方陣1發電量差值率：
[0106]en
＝wn/pn[0107]
其中，wn為第n個光伏方陣的實際發電功率，單位為kwh；
[0108]
pn為第n個光伏方陣裝機容量，單位為kwp；
[0109]
en為第n個光伏方陣每天單位功率發電量，單位為kwh；
[0110][0111]
其中，η2為安裝方式相同的光伏方陣與光伏方陣之間發電量差值率最大值。
[0112]
若發電衰減效率η1與發電量差值率η2都低於5％，則認為發電效率沒有明顯下降，不需要清洗；
[0113]
若發電衰減效率η1或發電量差值率η2高於5％，但小於10％超過3天，則認為需要啟動清洗裝置；
[0114]
若發電衰減效率η1或發電量差值率η2高於10％，則認為需要馬上啟動清洗裝置；
[0115]
s3，根據氣象監測裝置3監測到的天氣情況，若大風v、暴雨r天氣情況下，則光伏監控裝置2不啟動清洗裝置；
[0116][0117]
其中，為非大風天氣，為非暴雨天氣，s為清洗裝置的啟動判據。
[0118]
大風v，具體是指風力大於四級。
[0119]
s4，集中控制器4接收到光伏監控裝置2發出的清洗指令後，控制清洗裝置清洗光伏方陣1。
[0120]
s5，雷射探測器10對光伏方陣1的清潔度進行檢測，若清潔度低於設定閾值，則再次清洗。
[0121]
s6，若水箱702內腔中的水位低於第一預設液位，則由集中控制器4控制移動小車6和清洗小車7返回初始位置進行自動加水作業。
[0122]
s7，若蓄電池705的電量低於電量預設值，則由集中控制器4控制移動小車6和清洗小車7返回初始位置進行充電作業。
[0123]
步驟s6和s7的順序可以互換。
[0124]
s8，雷射探測器10檢查到光伏方陣1的清潔度滿足要求後，通過導航定位模塊16的配合，集中控制器4控制移動小車6和清洗小車7返回初始位置，控制第一電磁閥11打開，將水箱702中剩餘的水經噴嘴707放掉，結束本次作業流程。
[0125]
以上為本發明的具體實施方式，從實施過程可以看出，本發明提供一種光伏方陣清洗系統及控制方法，能夠自動判斷光伏方陣是否需要清洗，當光伏方陣需要清洗時，控制清洗裝置對光伏方陣進行清洗。通過對光伏方陣理論發電量與實際發電量的發電衰減效率、不同光伏方陣平均發電量差異情況、大風、以及暴雨因素來綜合判斷是否啟動清洗裝置。光伏方陣的清洗工作全部通過自動化完成，清洗及時、效率高，清潔效果好，降低了運維人員工作強度，提升了光伏方陣的能量轉化效率。不僅適用於城市軌道交通的光伏發電系統，而且適用於與其有類似結構的分布式光伏發電系統。