光伏幕墻智能清掃系統的研究與設計

周秀珍

（長江工程職業技術學院，武漢 430212）

隨著光伏發電技術的不斷發展，不僅在屋頂上能看到光伏板，連很多高樓幕墻都直接采用光伏板進行裝飾。雖然光伏發電技術能夠有效緩解能源緊張問題，但也存在著一些新問題，例如光伏組件面積大，且必須暴露在空氣中，空氣中灰塵堆積在光伏組件中，對光伏發電效率產生影響，而經常清洗光伏板電能輸出明顯比未清洗的高很多。因此基于提高光伏發電功率的初衷，研究和設計光伏幕墻智能清掃系統具有重要意義。

目前，光伏板清洗主要采用人工清洗、工程車清洗以及自由行走機器人清洗等方式，但這些清洗方式主要是針對于屋頂和太陽能電站的光伏板，而對于垂直幕墻來說，上述方式并不實用，雖然一些光伏幕墻采用人工水洗方法，但該方式不僅危險系數高，而且成本也高。本文主要針對光伏幕墻清掃系統進行研究，并對光伏幕墻智能清掃系統軟硬件系統針對性設計。

1 光伏幕墻智能清掃系統硬件設計

本光伏幕墻智能清掃系統主要由清掃執行部分和清掃運行部分組成。

清掃部分主要完成光伏幕墻光伏板清掃工作，具體來說就是針對光伏組件上的灰塵進行清掃，本系統清掃方法是通過給海綿噴水，然后對光伏板表面進行擦拭現，具體清掃執行部分設計如圖1所示。圖中水管實現噴水工作，海綿主要對幕墻灰塵進行擦拭。清掃時，水管先噴水10s，海綿下上來回運動3次；接著整個清掃部件下行一小段距離，再噴水，再下上來回運動3次，又完成一段面積的光伏板清洗工作。依次重復上述步驟，直到整個垂直幕墻清掃完成。水管中的水通過注水軟管引入，鋼絲繩牽引清掃部件來回動作。

清掃運行部分主要實現清掃部件運行功能，具體如圖2所示。為了保證清掃部件在垂直墻面上能來回運動，且不掉墜，本設計對清掃執行部分進行了重量平衡設計。清掃部分和對重塊通過鋼絲繩兩端進行連接，鋼絲繩卷在主軸上，當主軸轉動時，對重移動，清掃部件隨之移動，從而實現清掃部件移動操作。主軸通過齒輪連接電機，當控制電機正轉和反轉時，主軸實現轉動。軟水管也卷在主軸上，當水閥打開，水管噴水。另外，在主軸上還安裝了抱閘裝置，電機斷電時閘閥抱死，得電時閘閥松開。同時在光伏板頂端和末端安裝了上下限位傳感器，保證執行部件和對重不運行到界限外。

圖1 清掃執行部分

圖2 清掃運行部分

2 光伏幕墻智能清掃系統軟件設計

本系統軟件主要通過核心控制部件PLC實現智能清掃，PLC通過接收控制信號，控制噴水閥出水，抱閘系統完成智能清掃工作。具體I/O點包括輸出點清洗開關（IO.O）、上限位（IO.1）、下限位（IO.2）、輸出點主軸電機正轉（QO.O）、輸出點主軸電機反轉（QO.1）、噴水閥（QO.2）和抱閘系統（QO.3）。

智能清掃系統清掃流程如圖3所示，打開清洗開關（IO.O）控制噴水閥（Q0.2）噴水10s，閘閥抱死；10S后閘閥松開，主軸電機（QO.1）反轉5s清掃部件下行，再正轉5s清掃部件上行，來回3次，實現對光伏組件的擦洗；接下來主軸電機（QO.1）反轉5s清掃部件下行，準備下一段清掃，噴水閥（Q0.2）再次噴水10s。重復剛才擦洗動作，直到碰到下限位（IO.2），停止整個清掃工作。

圖3 智能清掃系統清掃流程圖

3 結語

本文所設計光伏智能清掃系統采用對重平衡設計原理，緩解了垂直幕墻清掃容易發生掉墜的安全問題，采用PLC可實現實現幕墻自動清掃，較好完成了光伏幕墻清掃工作。但本設計也存在一定局限性，即只考慮了規則幕墻清掃，對于不規則幕墻清掃則需要相關設計者，根據實際情況對設計方式進行改變。