野外光伏自動清掃裝置控制系統研究

江繼波，章正暘，王青華

(1.上海電力新能源發展有限公司，上海 200010； 2.上海明華電力科技有限公司，上海 200010)

1 引言

近年來，光伏發電蓬勃發展。我國光伏裝機容量已居世界首位，預計到2030年，國內裝機容量將達到1.4億KW[1]。在光伏運維中，灰塵對光伏發電的影響越來越受到重視，在自然落灰的情況下，光伏板發電每天減少1.2%[2]，為實現光伏發電的最大化效益，應每天清掃一遍。

各種光伏清掃設備層出不窮，但很少有大規模應用。因為光伏發電廠建設時未考慮清洗問題，各光伏板的排布缺乏統一標準，光伏陣列的長短不一，對于長度短的光伏排，使用清掃機器人成本太高[3-5]。多排復用的清掃系統可以實現低成本光伏陣列清掃，但野外光伏陣列現場情況復雜，實現無人值守需要解決很多問題。本研究提出一種適合野外光伏陣列的清掃系統架構和控制策略，可以實現野外光伏陣列無人值守的自動清掃。

2 系統總體設計

圖1 光伏陣列清掃系統簡圖Fig.1 Schematic diagram of PV array cleaning system

自動清掃裝置主要包括清掃車支架、清掃車和擺渡系統。如圖1所示，在光伏陣列的一側安裝擺渡系統。擺渡車系統包括擺渡車、軌道和定位限位裝置。在光伏陣列另一側的每排光伏排的一端都有一個清掃車支架，用于停放清掃車。

清洗車由兩塊光伏板做上面板，為光伏清洗車供電。光伏清洗車配大容量鋰電池，鋰電池放在控制箱中。清洗車支架上安裝有擋塊，當清洗車行駛到擺渡車上時，會碰到擺渡車的行程開關。清洗車支架右側上安裝有行程開關，當清洗車行駛到擺渡車上時，行程開關碰到擺渡車上的擋塊會停止運行。

擺渡車上裝有光伏板，為擺渡車提供電源。擺渡車配備大容量鋰電池，安裝在擺渡車控制箱內。

光伏清掃車和擺渡車都是利用光伏板來給蓄電池充電。光伏清掃車非工作時間停靠在光伏清掃車停靠支架上。光伏清掃車所有時間都可以充電，擺渡車非工作時間都可以充電，為光伏清掃車和擺渡車提供足夠的電能。

圖2 擺渡車結構圖Fig.2 Structure drawing of ferry vehicle

圖3 清洗車結構圖Fig.3 Structure drawing of cleaning vehicle

3 清掃車控制流程

清洗車流程如圖4所示。

清洗車初始停靠在停靠支架上，到了設定時間后，檢測蓄電池電壓。如果蓄電池電壓大于設定電壓(27 V)，啟動清掃程序；如果蓄電池電壓小于設定電壓(27 V)，等候0.5 h，繼續檢測蓄電池電壓。蓄電池設定電壓的目的是為了確保清洗車蓄電池電量能夠進行一個完整的清掃周期，不會中途缺電停止。

清掃車進入清掃流程，直至清掃車右側行程開關碰到擺渡車限位擋塊，信號狀態變為1，清掃車停止清掃，并開始嘗試與擺渡車建立通信，嘗試3次后如果無法建立聯系，則清洗車返回初始位置，下次清洗時間設置為第二天首次清洗時間。如果建立了通信鏈接，則等候擺渡車指令。擺渡車在適當的時機會給清洗車發送返回的指令和下次清掃的時間。下次清掃距離這次清掃至少30 min，以延長電機使用壽命。

清洗車返回后停靠支架后，等下次設定時間到，進行新一輪的清掃。

圖4 清掃車控制流程Fig.4 Control flow chart of cleaning vehicle

4 擺渡車控制流程

擺渡車初始狀態為節能狀態，節能狀態為除主控模塊和頂部行程開關外，其他模塊電源處于關閉狀態。

當清洗車運動到擺渡車上時，清洗車的擋塊觸發擺渡車的頂部行程開關，使擺渡車頂部行程開關的狀態變為1。此時開啟通信模塊和其他所有模塊的電源，并啟動通信程序嘗試與清洗車建立通信。如果通信建立不成功，說明此時擺渡車的頂部行程開關可能為人為操作或其他外力導致。此時，再次檢測頂部行程開關的信號狀態，如果仍為1，則繼續嘗試與清掃車信訊。如果擺渡車頂部行程開關為0，則恢復擺渡車至初始狀態。通信建立成功后，從清掃車控制器獲得清掃車行程開關的信號狀態，如果信號狀態不為1，則等候3 s后繼續獲取清掃車行程開關5的信號狀態。如果信號狀態為1，則檢測蓄電池電壓，看是否高出設定值(26 V)。其中設定值的大小是為了保證蓄電池有足夠的電量供擺渡車運行到下一排。

如果蓄電池電壓小于設定值，則告知清掃車直接返回，并確定下次工作時間為第二天，以確保擺渡車有足夠的時間充電，并恢復擺渡車至初始節能狀態。

如果蓄電池電壓大于設定值，啟動擺渡車行走程序，進入下一排。進入下一排后，通知清掃車返回，并告知清掃車下次清掃時間。清掃車啟動返回程序后，擺渡車頂部行程開關信號恢復為0，恢復擺渡車狀態為初始節能狀態。

圖5 擺渡車控制流程Fig.5 Control flow chart of ferry vehicle

圖6 現場圖片Fig.6 Equipment site photo

5 現場試驗分析

在江蘇某光伏發電廠安裝一套換排光伏清掃系統，該系統清掃5排光伏陣列，最長的一排180 m，最短的一排120 m，5排共計長780 m，共計1 560塊光伏板，374.4 KW。系統運行期間經過多次改進至現有狀態。試運行開始期間，因程序設計不合理，多次出現因擺渡車缺電停運。因清洗車長期停止在擺渡車上，導致擺渡車無法充電，停電導致系統停運。經多次改進后，現在整個系統已經可以穩定運行。