本发明涉及光伏组件清扫技术领域，尤其涉及一种光伏组件清扫设备及自主规划清扫策略的方法。
背景技术：
为有效提高光伏电站的发电效率，削减各种外界因素对组件发电的影响，各业主提出了各种方法，其中，对组件表面积灰的清扫已演化出两大流派，分别是采用人工清扫和清扫设备清扫。其中人工清扫存在无法实时清扫、清扫的整洁程度不可控、可预见的未来价格上涨等缺点，很多业主已开始试点采用自动化化清扫的设备。
目前，市场上的光伏组件清扫设备具有以下缺点：1)采用“自己发电自己使用”的模式，背负很大的电池板，自重大，驱动电源利用率低，清扫效率低；2)无法感知机器人自身的运行状态、无法对清扫区域的异同进行区分，智能化程度低；3)无法进行线路和速度等技术参数的优化，导致无法最大化的利用自身电池和背负的电池板，设备利用率低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种光伏组件清扫设备及自主规划清扫策略的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光伏组件清扫设备，包括：框架，所述框架上安装有驱动电源、处理器、距离传感器、清扫装置、动力装置、驱动轮和导向轮，所述驱动电源分别与所述处理器、清扫装置和动力装置连接为其供电，所述动力装置与所述驱动轮连接为其提供动力，使用时，所述导向轮卡压在光伏组件的外侧边框上，在所述驱动轮的带动下沿着所述外侧边框转动；
所述处理器分别与所述距离传感器、清扫装置和动力装置数据连接；所述距离传感器将所述清扫设备的移动距离信息实时发送至所述处理器，所述处理器实时采集所述清扫装置和所述动力装置的电流/电压信息，当所述清扫装置和所述动力装置的电流/电压信息出现异常时，所述处理器根据距离信息，在对应的位置处对所述清扫装置和所述动力装置的电流/电压进行调控；
所述处理器与所述驱动电源数据连接，所述处理器采集所述驱动电源的电量信息，并根据电量信息选择清扫模式和充电模式。
优选地，所述清扫装置包括清扫电机、清扫件、电磁吸盘和弹簧，所述清扫件位于所述框架的内侧，所述清扫电机的电机轴穿过所述框架与所述清扫件连接，所述清扫电机带动所述清扫件旋转；
所述电磁吸盘位于所述清扫电机的下方，所述电磁吸盘与所述清扫电机通过电磁作用连接，所述电磁吸盘固定在底座上，所述底座固定在所述框架上，所述处理器控制所述电磁吸盘的上电和断电，所述弹簧的一端与所述清扫电机连接，所述弹簧的另一端与所述底座连接；
当清扫设备正常运行时，所述电磁吸盘上电，在电磁力作用下，所述清扫电机连接在所述电磁吸盘上；当清扫设备的电源电量不足时，所述电磁吸盘掉电，所述清扫电机与所述电磁吸盘断开连接，并在所述弹簧的弹力作用下，所述清扫电机被弹开。
优选地，所述框架上还设置有盖板，所述盖板位于所述框架的上端开口处。
优选地，所述设备还包括正极和负极通电接触器，所述通电接触器包括推杆、电源触头和收紧弹簧，所述推杆通过绝缘件铰接在所述框架上，所述推杆的一端与所述驱动电源连接，所述推杆的另一端与所述电源头触连接，所述收紧弹簧的一端与所述推杆连接，所述收紧弹簧的另一端与所述框架连接；在使用过程中，所述清扫设备到达泊车位固定后，在惯性力作用下，所述推杆推动所述电源触头与泊车位电源的正负极接触，实现充电，充电结束后，所述电源触头与泊车位电源的正负极断开连接，所述收紧弹簧在拉力的作用下拉动所述推杆归位。
优选地，所述通电接触器位于所述框架外的底部。
优选地，所述驱动电源为电池组，所述驱动电源位于所述框架内的中部。
一种光伏组件清扫设备自主规划清扫策略的方法，包括如下步骤：
s1，清扫设备在清扫过程中，处理器采集光伏组件的位置信息，以及在不同位置处的动力装置和清扫装置的电流/电压信息；
s2，处理器按照光伏组件位置的先后顺序，对各光伏组件分别赋予唯一的编号，形成光伏组件的位置和编号对应的文件；
s3，处理器对动力装置和清扫装置的电流/电压信息进行分析，获取异常的电流/电压信息对应的位置信息，进而根据位置和编号的对应关系，获取该位置信息对应的组件编号，并对该编号组件进行标记，形成策略规划数据库，在多次清扫过程中，根据变化情况，对策略规划数据库进行更新；
s4，根据策略规划基础数据库，对到达标记编号组件位置处的清扫电机和动力装置的电流/电压进行调控，使清扫效果达到设定的要求。
优选地，s4具体为：
s401，处理器清扫电机或动力装置设置一个设定的电流/电压增量，并记录按照该增量的运行参数：电流、电压、通行时间，
s402，处理器根据如下公式计算清扫设备通过标记编号的组件，在设置增量前后所需要的能量w1和w2：
w＝u*i*t，
其中，w为能量，即清扫设备所做的功；u为电压；i为电流；t为时间；
s403，比较w1和w2，如果w1≤w2，则取增量前的运行参数，否则，重复s401-s403，至w1≤w2。
优选地，还包括步骤，处理器实时采集驱动电源的电量，如果驱动电源的电量不足，则处理器控制所述电磁吸盘掉电，并根据所在光伏组件的位置信息，运行至距离最近的泊车位进行充电。
优选地，驱动电源的电量不足时，按照如下步骤优化行走路线：
a1，处理器对比到达前后两个泊车位的两段路径的组件的个数、所需的电压、电流和时间，并根据如下公式计算两段路径所需要的能量：
w＝u*i*t，
其中，w为能量，即清扫设备所做的功；u为电压；i为电流；t为时间；
a2，比较计算得到的两段路径的能量大小，如两者完全相等或两者偏差不大于阈值，则处理器根据位置文件中标记的异常情况组件的数量，选择标记数量较少的一段路径；否则，处理器选择较小的一个所对应的路径。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的光伏组件清扫设备及自主规划清扫策略的方法，具有清扫模式和充电模式，在清扫模式下，能够根据组件的污染程度和路况等外界因素，自动调整选择运行速度和清扫速度，在充电模式下，能够自主选择泊车位并实现充电，所以，采用本发明实施例提供的清扫设备，自动化和智能化水平高，工作效率高，综合成本低。
附图说明
图1为本发明清扫设备的总体结构示意图；
图2为本发明清扫设备的清扫装置工作状态结构示意图；
图3为本发明清扫设备的清扫装置非工作状态结构示意图；
图4为本发明清扫设备通电接触器自然状态下(未通电时)的结构示意图；
图5为本发明清扫设备通电接触器动作的瞬间的结构示意图；
图6为本发明清扫设备通电接触器通电时的结构示意图；
图7为本发明清扫设备的工作过程示意图；
图8为本发明清扫设备正向清扫路径示意图；
图9为本发明清扫设备反向清扫路径示意图
图10为本发明清扫设备制定控制策略流程示意图；
图11为本发明清扫设备正常运行时的自主规划清扫策略的方法流程图；
图12为本发明清扫设备电量不足时的自主规划清扫策略的方法流程图；
图13为本发明清扫设备距离传感器获得的曲线1；
图14为本发明清扫设备距离传感器获得的曲线2。
图中，各符号的含义如下：
1盖板、2框架、3驱动电源、4清扫装置、5驱动轮、6导向轮、7处理器、8通电接触器、9距离传感器；
401清扫电机、402电磁吸盘、403弹簧、404底座、405清扫件；
801泊车位、802推杆、803收紧弹簧、804电源触头、805电源。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种光伏组件清扫设备，包括：包括框架2，框架2上安装有驱动电源3、处理器7、距离传感器9、清扫装置4、动力装置、驱动轮5和导向轮6，驱动电源3分别与处理器7、清扫装置4和动力装置连接为其供电，动力装置与驱动轮5连接为其提供动力，使用时，导向轮6卡压在光伏组件的外侧边框上，在驱动轮5的带动下沿着所述外侧边框转动；
处理器7分别与距离传感器9、清扫装置4和动力装置数据连接；距离传感器9将所述清扫设备的移动距离信息实时发送至处理器7，处理器7实时采集清扫装置4和所述动力装置的电流/电压信息，当清扫装置4和所述动力装置的电流/电压信息出现异常时，处理器7根据距离信息，在对应的位置处对清扫装置4和所述动力装置的电流/电压进行调控；
处理器7与驱动电源3数据连接，处理器7采集驱动电源3的电量信息，并根据电量信息选择清扫模式和充电模式。
上述结构的清扫设备，其工作原理为：
在清扫过程中，由于不同的组件上的污染程度不同，不同组件边框修建的质量不同等，导致清扫设备清扫到不同的组件上时，其清扫的程度要求不同，受到的阻力不相同，所以，需要对清扫路径中的清扫策略进行调整。本实施例中，处理器通过与距离传感器连接，获取清扫设备的位移信息，同时，处理器与清扫装置和动力装置数据连接，获取清扫装置和动力装置的电流/电压数据；当清扫装置和所述动力装置的电流/电压信息出现异常时，处理器可以根据距离信息，在对应的位置处对清扫装置和所述动力装置的电流/电压进行调控；
另外，通过处理器与驱动电源数据连接，处理器可以采集驱动电源的电量信息，当电量充足时，进入清扫模式，进行正常清扫，当电量不足时，进入充电模式，找到泊车位进行充电。
具体的清扫模式下的调控过程以及充电模式下的充电过程均可参见实施例二中的描述。
所以，采用本发明实施例提供的光伏组件清扫设备，在清扫模式下，能够根据组件的污染程度和路况等外界因素，自动调整选择运行速度和清扫速度，在充电模式下，能够自主选择泊车位并实现充电，所以，采用本发明实施例提供的清扫设备，自动化和智能化水平高，工作效率高，综合成本低。
如图2-3所示，本发明实施例中，清扫装置4包括清扫电机401、清扫件405、电磁吸盘402和弹簧403，清扫件405位于框架2的内侧，清扫电机401的电机轴穿过框架2与清扫件405连接，清扫电机401带动清扫件405旋转；
电磁吸盘402位于清扫电机401的下方，电磁吸盘402与清扫电机401通过电磁作用连接，电磁吸盘402固定在底座404上，底座404固定在框架2上，处理器7控制电磁吸盘402的上电和断电，弹簧403的一端与清扫电机401连接，弹簧403的另一端与底座404连接；
当清扫设备正常运行时，电磁吸盘402上电，在电磁力作用下，清扫电机401连接在电磁吸盘402上(可参见图2)；当清扫设备的电源电量不足时，电磁吸盘402掉电，清扫电机401与电磁吸盘402断开连接，并在弹簧403的弹力作用下，清扫电机401被弹开(可参见图3)。
上述结构中，清扫见可以选用毛刷结构或静电吸附结构。
本发明实施例中，框架2上还设置有盖板1，盖板1位于框架2的上端开口处。
采用上述结构，有利于对框架内部构件的维护，同时，对内部构件也具有保护作用，尤其是对驱动电源和处理器等这些易损部件的保护。
如图4-6所示，本发明实施例提供的光伏组件清扫设备，还可以包括正极和负极通电接触器8，通电接触器8包括推杆802、电源触头804和收紧弹簧803，推杆802通过绝缘件铰接在框架2上，推杆802的一端与驱动电源3连接，推杆802的另一端与电源触头804连接，收紧弹簧803的一端与推杆802连接，收紧弹簧803的另一端与框架2连接；在使用过程中，所述清扫设备到达泊车位固定后，在惯性力作用下，推杆802推动电源触头804与泊车位电源的正负极接触，实现充电，充电结束后，电源触头804与泊车位电源的正负极断开连接，收紧弹簧803在拉力的作用下拉动推杆802归位。
采用上述结构，可以实现清扫设备的自动泊车充电，以及充满电后，自动断电并收回电源触头，无需人工干预，自动化程度高，而且采用通过外界电源充电的方式为驱动电源供电，避免了清扫设备自身携带沉重的太阳能光伏板，使得清扫设备的动力消耗减小，提高了工作效率。
其中，通电接触器8位于框架2外的底部。
采用上述结构，有利于通电接触器与泊车位的电源的正负极接触，完成充电。
本实施例中，驱动电源3为电池组，驱动电源3位于框架2内的中部。
采用上述结构，可以使得清扫设备的整体结构匀称，两侧的驱动轮受力均衡。
实施例二
本发明实施例提供了一种光伏组件清扫设备自主规划清扫策略的方法，包括如下步骤：
s1，清扫设备在清扫过程中，处理器采集光伏组件的位置信息，以及在不同位置处的动力装置和清扫装置的电流/电压信息；
s2，处理器按照光伏组件位置的先后顺序，对各光伏组件分别赋予唯一的编号，形成光伏组件的位置和编号对应的文件；
s3，处理器对动力装置和清扫装置的电流/电压信息进行分析，获取异常的电流/电压信息对应的位置信息，进而根据位置和编号的对应关系，获取该位置信息对应的组件编号，并对该编号组件进行标记，形成策略规划数据库，在多次清扫过程中，根据变化情况，对策略规划数据库进行更新；
s4，根据策略规划基础数据库，对到达标记编号组件位置处的清扫电机和动力装置的电流/电压进行调控，使清扫效果达到设定的要求。
其中，光伏组件清扫设备的结构可参见实施例一，在此不再赘述。
清扫设备的工作过程示意图可参见图7。清扫设备工作过程中，包括清扫模式和充电模式，处理器实时采集电源电量，当电源电量充足时，进入清扫模式，则按照行走路线进行清扫工作，当电源电量不足，需要充电时，进入充电模式，即清扫电机停止工作，清扫见脱离轻扫面，按照行走路线进入到泊车位，进行充电。其中，清扫设备的行走路径可参见图8和9所示。
在清扫模式下，由于不同的组件上的污染程度不同，相邻组件的间距、上下位置、倾角、方位角不同等，导致清扫设备清扫到不同的组件上时，其清扫的程度要求不同，受到的阻力不相同，所以，需要对清扫路径中的清扫策略进行调整，本实施例中，制定控制策略的方法可参见图10，在正式清扫开始前，需要采集各组件的位置信息，并对不同的组件进行编号，将组件对应的位置信息和编号进行一一对应，形成位置文件，同时，采集清扫设备在不同组件上的电流电压等参数信息，获知其运行的阻力大小，对于电流电压信息出现异常的组件在位置文件中进行标记，根据电流电压信息进行标记的位置文件，即为清扫策略数据库，作为清扫时，优化清扫设备各项参数的数据依据。
在本实施例中，上述过程中，根据位置信息对各光伏组件进行编号的方法为：
根据整个光伏场区光伏阵列的排布状况和现场的地貌，将场区分为01～n个区域，每个区域设置一台清扫设备。
清扫设备在首次清扫的过程中，上下两组距离传感器会持续的将距离信息反馈给处理器，处理器会根据收到的数据，绘制曲线，曲线中，横坐标是时间，纵坐标是距离，待该设备所清扫的区域结束后，处理器对曲线进行分析，根据曲线的形状和波动范围，截取不同区间的曲线进行编号，对不同位置的光伏组件阵列分别进行位置编号；并将编号按照先后顺序进行排列，形成位置文件。
其中，可以采用如下的方法对曲线进行分析：
截取曲线中y轴≤200mm的区域，两种可能出现的曲线如图13中的曲线1和图14中的曲线2所示。由曲线1和曲线2可见，曲线是周期变化的，根据y轴的变化范围共可将组件分为四个区域，a区间是平直的线段，每间隔相同的长度即出现一次，该区间的所有线段长度一致，该区域为组件面板区，b区间首先斜坡下降，然后平直或先平直，然后斜坡上升，该区域是组件的边框区，c区在两个边框区域中间，是一个陡崖区，该区域为两个电池板之间的缝隙，d区与c区的区别在于d区的陡崖区较长，此为每一个阵列的最外侧组件的外侧，清扫设备在该处时，下方处于悬空状态，故陡崖区较长。e区也为平直的线段，但其y值比a区的大，此为泊车位。与e区相邻的区间为d区，但曲线1和曲线2的d区x轴方向的间距不同，当间距大于阈值时，可认为此时清扫机完成在前后跨排后到达泊车位，当间距≤阈值时，可认为当前阵列的外侧有泊车位，清扫机清扫完当前阵列后，到达泊车位。
则根据该曲线可以找到不同位置的光伏组件。
在区分出a～e的分区后，处理器即可完成对各光伏组件的编号，其中整个曲线的第一个ab区间可定义为第1个阵列的第1排组件。第1个d区后，出现的ab区间可定义为第1个阵列的第1排组件，以此类推。对组件的编号遵循以下原则，如：第一个阵列第一列的上部组件编码为(01，0011)，第一个阵列第一列的下部组件编码为(01，0012)，第一个阵列第二列的上部组件编码为(01，0021)第一个阵列第二列的下部组件编码为(01，0022)。。。，以此类推，第二个阵列上部组件编码为(02，0011)，第二个阵列的下部组件编码为(02，0012)，。。。
对泊车位的编号为p0x，其中0x为泊车位所在的阵列的编号。
完成泊车位和组件的编号后，处理器会将所有的位置信息与场区总布置图融合，从而形成位置文件。
后续的清扫中，清扫设备会根据位置文件中的位置信息对编号组件进行标记，并对标记位置处的清扫设备的参数进行调整。
通过对组件和泊车位编号，形成位置文件，主要有以下作用；
1、利用标记“问题”组件的位置，以便后续更改此位置的清扫策略。
2、因光伏场区通常达几千亩地，现场运维人员发现和定位“问题”组件非常困难，通过该方法，运维人员可首先通过查找清扫设备的负责区域，到达该区域后通过查找第几排第几个组件，即可发现“问题”组件。
对于得到的位置文件数据，由于外界污染源因素的变化，光伏组件场区内的污染区域是动态变化的，清扫设备在后续使用过程中，根据动力装置和清扫电机在使用过程中电流的变化情况，实时记录位置信息，从而增加或删减位置文件中的相关信息，对后台形成的位置文件内容进行丰富、补充和修正，生成新的位置文件，使清扫策略数据库不断的得到更新，并为之后的清扫过程中优化清扫设备各项参数，包括清扫设备的及时在线补偿、调整转速和输出力矩等，提供数据支持，以便设备的运行状态能够满足实际的清扫要求。
在实际清扫过程中，先进行预清扫，在运行过程中，清扫设备匀速行驶，在运行过程中，实时采集位置信息，并对对应位置信息的组件进行编号，同时记录每个编号的组件清扫时所需的电压、电流、通过时间等参数，并判断是否有异常数据，如果是，则将异常数据对应的光伏组件编号在位置和编号形成对应关系的位置文件中进行标记。
其中，在运行过程中，出现的异常数据，是指：当遇到表面污染比较严重的组件时，毛刷(清扫件)的阻力会增大，此时，毛刷的电机(清扫电机)所需的电流需增大才能满足清扫需要，处理器记录该位置时，毛刷电机的电流异常。当组件未对齐或方位角有偏差或清扫时在阵列中的行走路况较差等问题时，驱动轮的阻力变大，此时需要驱动轮提供更大的扭矩，需要增加电流才能满足需要，处理器会记录该位置时，驱动轮电流异常，并通过在该区域的反复行走确定最优参数并记录，标记在位置文件中。
如图11所示，s4具体为：
s401，处理器清扫电机或动力装置设置一个设定的电流/电压增量，并记录按照该增量的运行参数：电流、电压、通行时间，
s402，处理器根据如下公式计算清扫设备通过标记编号的组件，在设置增量前后所需要的能量w1和w2：
w＝u*i*t，
其中，w为能量，即清扫设备所做的功；u为电压；i为电流；t为时间；
s403，比较w1和w2，如果w1≤w2，则取增量前的运行参数，否则，重复s401-s403，至w1≤w2。
在实际使用过程中，清扫设备到达“问题”组件或路况较差的区域时，处理器会给清扫电机或驱动轮设置一个设定的增量，并记录按照该增量的运行参数(电流、电压、通行时间等)，清扫设备在通过被标记的区域后，清扫设备会停止运行，电机反转，再返回该区域，在返回时会再次增加一个设定的增量，记录按照该增量的运行参数(电流、电压、通行时间等)，如此循环几次，处理器会通过对比能量的大小，得出通过该区域的最优的行走速度、电流等参数。
本发明实施例提供的光伏组件清扫设备自主规划清扫策略的方法，还可以包括步骤，处理器实时采集驱动电源的电量，如果驱动电源的电量不足，则处理器控制所述电磁吸盘掉电，并根据所在光伏组件的位置信息，运行至距离最近的泊车位进行充电。
由于位置文件中的组件编号是按照位置信息进行的，所以，处理器可以根据编号信息计算出距离清扫设备最近的泊车位去完成充电。
在实际使用过程中，当清扫设备的位置距离后面的泊车位更近时，则清扫设备可以返回到后面的泊车位进行充电，当清扫设备的位置距离前面的泊车位更近时，则清扫设备可以继续前进到前面的泊车位进行充电。
如图12所示，本发明实施例中，驱动电源的电量不足时，按照如下步骤自主规划清扫策略：
a1，处理器对比到达前后两个泊车位的两段路径的组件的个数、所需的电压、电流和时间，并根据如下公式计算两段路径所需要的能量：
w＝u*i*t，
其中，w为能量，即清扫设备所做的功；u为电压；i为电流；t为时间；
a2，比较计算得到的两段路径的能量大小，如两者完全相等或两者偏差不大于阈值，则处理器根据位置文件中标记的异常情况组件的数量，选择标记数量较少的一段路径；否则，处理器选择较小的一个所对应的路径。
在本实施例中，处理器还可通过无线信号将实时更新的内容传递给监控后台，使运维人员在监控室内就可以及时得到清扫设备的位置、电流、电压波动情况等相关信息，并可在显示器上显示上述内容。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的光伏组件清扫设备及自主规划清扫策略的方法，具有清扫模式和充电模式，在清扫模式下，能够根据组件的污染程度和路况等外界因素，自动调整选择运行速度和清扫速度，在充电模式下，能够自主选择泊车位并实现充电，所以，采用本发明实施例提供的清扫设备，自动化和智能化水平高，工作效率高，综合成本低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。