一種野外光伏陣列清掃擺渡系統

章正暘，陸元明，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

灰塵是影響光伏發電效率的重要因素[1-2]。光伏陣列的清洗成為光伏電站運維的一個重要項目。目前，光伏陣列的清洗方法多為人工清洗[3]，機器清洗應用比例不到2%[4]。究其原因，機器清洗成本太高[5]。現有清掃機器人多為單排清掃，只適用于單排長度足夠長的光伏電廠。光伏陣列建造初始未考慮清掃，另外光伏電站大多依據地形建造，光伏排長度受到地形限制，導致光伏清洗機器人應用范圍不廣。研究各種場景的多排復用方案是解決光伏陣列清掃問題的一個方向。

本研究提出一種野外光伏陣列清掃擺渡系統。擺渡系統使得光伏清掃機器人可以實現多排復用，清掃成本大幅下降。擺渡系統負責把清掃機器人從一個光伏排運送到另外一個光伏排，整個過程為無人值守。野外光伏發電廠的現場情況復雜多變，地面雜草、石塊等影響因素眾多，雜草干擾擺渡車限位的情況時有發生。野外光伏清掃擺渡系統對擺渡車限位的抗擾性有很高的要求。

2 擺渡系統

2.1 擺渡系統結構

擺渡系統由擺渡車、擺渡車軌道系統組成，如圖1所示。擺渡車主要由清洗車停靠支架、光伏發電模塊、擺渡車限位模塊、擺渡車定位模塊、驅動模塊和控制模塊等組成，如圖2所示。擺渡車軌道系統主要由軌道、軌道支架、軌道定位模塊和軌道限位模塊組成，如圖1所示。清洗車停靠支架用于停靠清掃機器人。光伏發電模塊包括光伏板和蓄電池，為擺渡車行走提供能源動力。擺渡車定位模塊配合軌道定位模塊共同實現擺渡車在光伏排的準確停靠，方便清掃車從擺渡車運動到光伏排，從光伏排運動到擺渡車。當擺渡車運動到軌道端部時需原路返回。軌道端部有擺渡車的限位模塊，保證擺渡車在軌道上運動。

2.2 擺渡系統工作流程

擺渡車停靠在首排光伏車一段的軌道上，清洗車初始停靠在首排光伏排的另外一側。清洗車運動到擺渡車上，與擺渡車建立通信。擺渡車確定清洗車已在指定位置后，首先解除和軌道定位裝置的卡死狀態，然后啟動并行走。當擺渡車定位模塊檢測到軌道下一個定位模塊時，擺渡車停止，并微調位置，進行定位操作。定位操作包括位置確定，擺渡車定位裝置和軌道定位裝置的卡死操作，以避免清洗車運動時，擺渡車晃動。擺渡車通知清洗車定位完成，并通知清洗車進行新一排的清洗。等清洗車完成此光伏排清洗后，返回擺渡車，擺渡車重復上述操作，直至所有光伏排清洗一遍。擺渡車繼續行走，直至遇到軌道起始位置的限位裝置，擺渡車停止并返回至第一排軌道定位裝置處，完成定位后，擺渡車通知清洗車開始清洗。清洗車啟動，運行到光伏排的另一側后停止，等第二天再開始新的流程。整個過程中，如果因為電力或其他原因導致未完成一個周期，則第二天繼續原有狀態。

圖1 擺渡系統簡圖Fig.1 Structure drawing of ferry system

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

3 擺渡系統限位結構

在野外光伏陣列中，雜草不僅僅是干擾光伏陣列發電的一個重要因素，很多雜草高度超過光伏板，對光伏板形成遮擋，影響光伏板的發電效率，雜草對擺渡系統的正常運行也產生很大的影響。為降低成本，降低清掃的成本，更加有利于設備的推廣利用，擺渡車的限位開關采用的是行程開關。行程開關成本低，在無機械干擾環境中穩定可靠。雜草會對行程開關產生誤操作，使得清掃無法正常完成。野外環境中的雜草很難徹底清除，設計一個可以免除雜草干擾的限位機構，對野外光伏擺渡系統的正常運行具有重大的現實意義。圖3為擺渡車限位模塊結構簡圖，限位模塊主要包括行程開關、行程開關支架和套筒。行程開關固定在行程開關支架上，行程開關支架和套筒通過螺栓固定。行程開關支架固定在擺渡車的端部支架上。軌道限位模塊主要包括端部凸塊和凸塊支架。端部凸塊安裝在凸塊支架上，凸塊支架固定在軌道端部，見圖4。當擺渡車行駛到端部時，端部凸塊深入到套筒內部，觸發行程開關。套筒的作用是擋開雜草，防止雜草誤碰行程開關。

圖3 擺渡車限位模塊Fig.3 Limit module of ferry vehicle

圖4 軌道限位模塊Fig.4 Limit module of track

4 擺渡車系統應用實例

該擺渡系統在江蘇沛縣某光伏發電廠實際應用。現場雜草叢生，夏秋季雜草高度甚至超過1 m。為防止雜草對光伏發電的影響，光伏廠每年4次人工割草。擺渡系統經過防干擾設計改造后，現場工作狀況良好，未出現異常狀況。