采用风力的太阳能光伏板清洁装置的制作方法

本发明属于太阳能光伏发电技术的领域，特别涉及了一种采用风力的太阳能光伏板清洁装置，用于光伏面板积尘或落叶等杂物的自动清洁。

背景技术：

随着人类对于化石资源的不断消耗，以及全球能源消耗的不断增加，不可再生资源日益减少，各个国家对于资源的重视程度越来越高。太阳能、风能等清洁能源的研究和使用情况越来越高。由于地理环境和对于自然环境的要求，由于西北地区人口密度小，没有大型的林木，空气稀薄，光照充分，风量充足，我国的大型光伏发电站和风力发电站主要都在西北地区。同时在选址和安装过程中会考虑当地常年的主导风向，使光伏面板的光照面尽量迎风安装。但是由于西北地区空气干燥，常年有风，因此在太阳能光伏板长期使用中会产生大量的积尘，积尘除了造成光伏面板发电效率降低之外，还会对光伏面板的使用寿命造成影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于利用光伏发电站的风力优势，提出了一种采用风力的太阳能光伏板清洁装置。本发明在风力满足条件的情况下，利用风力清洁机构对整排太阳能光伏板进行清洁，提高了清洁效率，同时除控制机构外，整个风力清洁机构均由机械结构组成，不需要外部提供能量，大大的降低了清洁成本。同时相对于目前的大型清洁设备，整个装置质量轻，可以直接放置在太阳能光伏板之上，实用性强，适用于我国西北地区的大型光伏发电站。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明包括传动换向机构、控制机构、安装在太阳能光伏板上的风力清洁框架、安装在风力清洁框架上的风力清洁机构，控制机构安装在太阳能光伏板左右两侧的其中一侧，传动换向机构包括传动换向器和分别位于太阳能光伏板左右两侧的换向件，传动换向器安装在风力清洁框架上，传动换向器与连接，由风力清洁机构接收风力转化为机械动力经传动换向器传递，进而带动风力清洁框架沿太阳能光伏板在左右两侧之间来回移动进行清洁，由控制机构通过检测风力和光源控制风力清洁机构是否工作。

所述的风力清洁框架包括两根分别平行布置在太阳能光伏板上下两侧边缘的水平移动杆以及固定连接在两根水平移动杆之间的中间支撑架，从而形成了工字型结构的框架。

风力清洁机构包括风力螺旋桨、清洁轴、第一皮带、双槽轮、第二皮带和第三皮带轮，风力螺旋桨通过螺旋桨固定杆安装在中间支撑架外的中部，清洁轴安装在中间支撑架内，清洁轴垂直于水平移动杆，风力螺旋桨用于接收风能，风力螺旋桨后端与第一皮带轮同轴连接，第一皮带轮经第一皮带与清洁轴形成皮带传动连接；清洁轴上端穿出中间支撑架后经传动换向器与双槽轮同轴连接，双槽轮具有两个皮带轮槽，双槽轮的其一轮槽经第二皮带和第三皮带轮皮传连接，双槽轮的另一轮槽经第三皮带和第二皮带轮皮传连接，第三皮带轮和第二皮带轮分别经第二传动轴、第一传动轴后与左侧主动轮、右侧主动轮连接，左侧主动轮和右侧主动轮分别位于中间支撑架上部的水平移动杆的两端处，中间支撑架下部的水平移动杆上安装有与左侧主动轮和右侧主动轮对称的下侧内从动轮，左侧主动轮、右侧主动轮均滚动连接在太阳能光伏板前端面，中间支撑架上部的水平移动杆两端处还设有与在太阳能光伏板顶面滚动连接的上侧外从动轮。

所述的传动换向器包括传动换向器箱以及安装在传动换向器箱内的辅轴、输出轴、辅轴第一齿轮、惰轮、辅轴第二齿轮、辅轴第三齿轮、磁性输出齿轮和输出齿轮，辅轴第一齿轮、辅轴第二齿轮和辅轴第三齿轮均同轴固定套接在辅轴上，清洁轴作为动力输入端，清洁轴与输入齿轮同轴连接，输入齿轮和辅轴第一齿轮啮合，使得清洁轴传递到辅轴上；输出轴一端伸出传动换向器箱外并与双槽轮同轴固接，磁性换向轮通过键同轴套接在输出轴位于传动换向器箱内的一端上，并能够沿输出轴轴向移动，磁性换向轮两侧的输出轴外套有磁性输出齿轮和输出齿轮，磁性输出齿轮经惰轮与辅轴第三齿轮啮合，输出齿轮与辅轴第二齿轮啮合；磁性输出齿轮和磁性换向轮之间的正对端面、输出齿轮和磁性换向轮之间的正对端面设有凸起凹槽结构，通过凸起凹槽结构实现磁性输出齿轮和磁性换向轮之间以及输出齿轮和磁性换向轮之间的同轴转动连接，所述换向件连接到磁性换向轮外缘，通过推动磁性换向轮沿输出轴轴向移动而带动磁性换向轮与磁性输出齿轮或者输出齿轮同轴转动连接，从而实现辅轴的动力传递到输出轴的方向转换。

其中磁性输出轮和输出轮并不直接随输出轴转动，只有在磁性换向轮与两个输出轮中的某一个扣合时，输出轴才随相应的输出轮转动。同时，因为整个框架直接以光伏面板为支撑，因此所有的转轴将于水平面之间形成一个夹角，因此上侧输出轮采用磁性输出轮，换向轮也采用磁性换向轮，并使两者磁性相反，才能顺利的扣合。下侧输出轮则能在磁性换向轮重力的分力作用下直接扣合。

所述的换向件包括换向杆和安装在换向杆顶部的换向片，右侧的换向片固定在限位挡板上。

本发明的风力螺旋桨在风力充足的情况下，逆时针旋转，并通过第一皮带轮和第一皮带带动清洁轴转动，同时清洁轴将动力传输进传动换向器内。动力通过清洁轴传输给辅轴，再经输出轴传出，通过双槽轮、第二皮带和第三皮带，经由第一传动轴和第二传动轴，最终带动左侧主动轮和右侧主动轮逆时针或顺时针旋转，带动整个风力清洁框架沿太阳能光伏板排排列的方向移动，同时由清洁轴对其正下方的太阳能光伏板进行清洁工作。

风力螺旋桨的动力通过清洁轴和输入齿轮，传给辅轴第一齿轮，当磁性换向轮与输出轮扣合时，动力经由辅轴第二齿轮和输出轮带动输出轴逆时针转动；当磁性换向轮与磁性输出轮扣合时，动力经辅轴第三齿轮、惰轮和磁性输出轮带动输出轴顺时针转动，以此来达到自动换向的目的。

所述的控制机构包括控制机箱，步进电机、活动限位挡板和固定限位挡板，控制机箱通过四角的四根铝方管固定安装在地面上，控制机箱与传动换向器安装高度相同，控制机箱侧面设有活动限位挡板、固定限位挡板和水平布置的步进电机，步进电机和固定限位挡板均固定在控制机箱上，步进电机输出轴和活动限位挡板的一端连接，通过步进电机运动带动活动限位挡板绕步进电机输出轴旋转固定限位挡板的底部连接有用于将传动换向器换向的换向片。

所述的控制机箱的顶部安装有风速传感器、光照度传感器，风速传感器和光照度传感器分别用于检测清洁装置所在环境的风速和光照，通过判断风速和光照是否同时达到预设值进而控制步进电机的运行。

风力传感器用于检测环境风速，光照度传感器用于检测环境光照度，检测光照是为了判断晴天还是阴天，检测风速是为了确定风力清洁装置是否能使用。当检测到风力和光照满足条件时，电机带动活动限位挡板向上移动，在风力螺旋桨的作用下，带动清洁轴转动，同时带动两个主动轮转动，对光伏板进行清洁，当清洁结束时，回到初始位置，触发接近开关，电机带动限位挡板向下移动，将风力清洁框架固定。

本发明的有益效果是：

本发明装置机械结构简单，便于实现，除了控制机构需要供电之外，整个风力清洁机构仅仅依靠自然风力，减少对于能源的消耗。在提高光伏电站发电效率的同时降低了光伏板的清洁成本。

整个换向机构可以实现装置的自动往复移动，安装方便，便于维护，实用性强。

综合来说，本发明装置能够实现对光伏面板的清洁工作，同时降低清洁成本，且装置设计简单，便于维护。尤其适用于风力资源充沛的西北地区的大型光伏发电站。

附图说明

图1是本发明清洁装置的整体示意图。

图2是本发明风力清洁机构及传动换向器的正视示意图。

图3是本发明风力清洁机构及传动换向器的左右二等角轴测示意图。

图4是本发明风力清洁机构及传动换向器的右视示意图。

图5是本发明风力螺旋桨处的结构放大示意图。

图6是本发明风力清洁机构上半部及控制机构的结构放大示意图。

图7是本发明传动换向器内部结构放大示意图。

图8是本发明换向输出轴到达右侧时的换向原理放大示意图。

图9是本发明换向输出轴到达右侧换向后的放大示意图。

图10是本发明控制机构的示意图。

图11是本发明电机控制活动限位挡板开状态的示意图。

图12是本发明电机控制活动限位挡板关状态的示意图。

图中：风力清洁框架1、控制机构2、换向杆3、换向片301、太阳能光伏板4、传动换向器5、风力螺旋桨101、右侧主动轮102、左侧主动轮103、第二传动轴104、第一传动轴105、下侧内从动轮106、上侧内从动轮107、第一皮带108、清洁轴109、上侧外从动轮110、螺旋桨固定杆111、第一皮带轮112、第二皮带轮114、第三皮带轮113、第二皮带115、第三皮带116、双槽轮117、活动限位挡板201、固定限位挡板202、步进电机203、风速传感器204、光照度传感器205、控制机箱207、铝方管208、输入齿轮501、辅轴第一齿轮502、辅轴503、辅轴第二齿轮504、辅轴第三齿轮505、传动换向器箱506、惰轮507、输出轴508、磁性输出轮509、磁性换向轮510、输出轮511、矩形换向孔512。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便清晰的理解本发明。需要指出的是，这里只指出本发明的主要内容，一些已知的功能和详细描述这里将忽略。

如图1所示，本发明包括传动换向机构、控制机构2、安装在太阳能光伏板4上的风力清洁框架1、安装在风力清洁框架1上的风力清洁机构，整个风力清洁框架由其上下两侧的水平杆及杆上的滚轮直接铺设在太阳能光伏板的表面，在光伏板的表面上一共有8个滚轮，在光伏板的上侧垂直侧面上有4个滚轮。

传动换向机构包括传动换向器5和分别位于太阳能光伏板4左右两侧的换向件，传动换向器5安装在风力清洁框架1上，传动换向器5与连接，由风力清洁机构接收风力转化为机械动力经传动换向器5传递，进而带动风力清洁框架1沿太阳能光伏板4在左右两侧之间来回移动进行清洁，由控制机构2通过检测风力和光源控制风力清洁机构是否工作。

如图1所示，换向件包括换向杆3和安装在换向杆顶部的换向片301，右侧的换向片301固定在限位挡板202上。

风力清洁框架1包括两根分别平行布置在太阳能光伏板4上下两侧边缘的水平移动杆以及固定连接在两根水平移动杆之间的中间支撑架。

如图2-4所示，风力清洁机构包括风力螺旋桨101、清洁轴109、第一皮带108、双槽轮117、第二皮带115和第三皮带轮113，风力螺旋桨101通过螺旋桨固定杆111安装在中间支撑架外的中部，清洁轴109安装在中间支撑架内，清洁轴109垂直于水平移动杆，风力螺旋桨101用于接收风能，风力螺旋桨101后端与第一皮带轮112同轴连接，第一皮带轮112经第一皮带108与清洁轴109形成皮带传动连接。清洁轴109左右两侧固定安装在风力清洁框架1的左右两侧垂直的杆上，保证能顺利的清洁到光伏板表面，且清洁轴的最右端安装输入齿轮，深入到传动换向器内。在传动换向器的左右两侧分别开相同的矩形换向孔512，使左右两侧的换向片能够穿过矩形换向孔512与磁性换向轮510接触，如图10所示。

如图4所示，清洁轴109上端穿出中间支撑架后经传动换向器5与双槽轮117同轴连接，双槽轮117具有两个皮带轮槽，双槽轮117的其一轮槽经第二皮带115和第三皮带轮113皮传连接，双槽轮117的另一轮槽经第三皮带116和第二皮带轮114皮传连接，第三皮带轮113和第二皮带轮114分别位于中间支撑架上部的水平移动杆的两端的上方，第三皮带轮113和第二皮带轮114分别经第二传动轴104、第一传动轴105后与左侧主动轮103、右侧主动轮102连接，左侧主动轮103和右侧主动轮102分别位于中间支撑架上部的水平移动杆的两端处，中间支撑架下部的水平移动杆上安装有与左侧主动轮103和右侧主动轮102对称的下侧内从动轮106，左侧主动轮103和右侧主动轮102之间内侧的中间支撑架上部水平移动杆上还设置有上侧内从动轮107，左侧主动轮103、右侧主动轮102、下侧内从动轮106和上侧内从动轮107均滚动连接在太阳能光伏板4前端面，中间支撑架上部的水平移动杆两端处还设有与在太阳能光伏板4顶面滚动连接的上侧外从动轮110。

如图7所示，传动换向器5包括传动换向器箱506以及安装在传动换向器箱506内的辅轴503、输出轴508、辅轴第一齿轮502、惰轮507、辅轴第二齿轮504、辅轴第三齿轮505、磁性输出齿轮509和输出齿轮511；辅轴第一齿轮502、辅轴第二齿轮504和辅轴第三齿轮505均同轴固定套接在辅轴503上，清洁轴109作为动力输入端，清洁轴109与输入齿轮501同轴连接，输入齿轮501和辅轴第一齿轮502啮合，使得清洁轴109传递到辅轴503上；输出轴508一端伸出传动换向器箱506外并与双槽轮117同轴固接，磁性换向轮510通过键同轴套接在输出轴508位于传动换向器箱506内的一端上，并能够沿输出轴508轴向移动，磁性换向轮510两侧的输出轴508外套有磁性输出齿轮509和输出齿轮511，磁性输出齿轮509经惰轮507与辅轴第三齿轮505啮合，输出齿轮511与辅轴第二齿轮504啮合；磁性输出齿轮509和磁性换向轮510之间端面、输出齿轮511和磁性换向轮510之间端面设有用于同轴配合的扣合结构，通过扣合结构实现磁性输出齿轮509和磁性换向轮510之间以及输出齿轮511和磁性换向轮510之间的同轴转动连接，所述换向件连接到磁性换向轮510外缘，通过推动磁性换向轮510沿输出轴508轴向移动而带动磁性换向轮510与磁性输出齿轮509或者输出齿轮511同轴转动连接，从而实现辅轴503的动力传递到输出轴508的方向转换。

如图6所示，控制机构包括控制机箱207，步进电机203、活动限位挡板201和固定限位挡板202，控制机箱207通过四角的四根铝方管208固定安装在地面上，控制机箱207与传动换向器5安装高度相同，如图10所示，控制机箱207侧面设有活动限位挡板201、固定限位挡板202和水平布置的步进电机203，步进电机203和固定限位挡板202均固定在控制机箱207上，步进电机203输出轴和活动限位挡板201的一端连接，通过步进电机203运动带动活动限位挡板201绕步进电机203输出轴旋转，活动限位挡板201和固定限位挡板202分别位于步进电机203的两侧，活动限位挡板201和固定限位挡板202之间间距等于传动换向器5的宽度，固定限位挡板202的底部连接有用于将传动换向器5换向的换向片301。

如图6所示，控制机箱207的顶部安装有风速传感器204、光照度传感器205，风速传感器204和光照度传感器205分别用于检测清洁装置所在环境的风速和光照。风速传感器安装在控制机箱的上表面左侧，用于测量环境风速是否满足风力清洁的条件，根据目前的研究当风速达到4m/s时，风力螺旋桨便可正常运转。光照度传感器安装在上表面右侧，只有在晴天时才进行清洁。

活动限位挡板201可随步进电机轴转动，起到一个开关的作用。清洁装置中的风力转为风力清洁框架1沿光伏面板铺设方向水平移动不需要依靠电力，为纯机械运动。清洁装置未工作状态下，活动限位挡板201受步进电机控制放下，传动换向器5被夹持在活动限位挡板201和固定限位挡板202，因此固定不带动风力清洁框架1移动。当需要清洁装置运行进行清洁时，控制步进电机转动将活动限位挡板201抬起，如图11所示，传动换向器5不再被夹持在活动限位挡板201和固定限位挡板202之间，从而使得风力清洁框架1在风力清洁机构带动下沿光伏面板铺设方向水平移动。

如图5所示，风力螺旋桨通过安装在同轴上的第一皮带轮112和图3和图4中的第一皮带108和清洁轴109上凹槽，来带动清洁轴逆时针转动，对太阳能光伏板进行清洁，并将动力输入到传动换向器内。风力螺旋桨的动力通过清洁轴和输入齿轮，传给第一辅轴齿轮，当磁性换向轮与输出轮扣合时，动力经由第二辅轴齿轮和输出轮带动输出轴逆时针转动；当磁性换向轮与磁性输出轮扣合时，动力经第三辅轴齿轮、惰轮和磁性输出轮带动输出轴顺时针转动，以此来达到自动换向的目的。

磁性换向轮与磁性输出轮还是输出轮扣合通过风力清洁框架左右两侧的换向片301实现，换向片301穿过传动换向器箱506侧壁的开孔与磁性换向轮510连接，换向片301固定静止，随着风力清洁框架1移动而推动磁性换向轮510移动，使得磁性换向轮510和换向片301之间形成相对移动。如图8所示，为风力清洁框架回到右侧时的换向原理示意图，当传动换向器5随风力清洁框架1回到光伏板排的最右侧时，固定在固定挡板上的右侧的换向片301通过右侧矩形换向孔512，与磁性换向轮510相接触，由于右侧的换向片301的安装角度斜向左下，因此在右侧的换向片301的作用下，磁性换向轮510与输出轮511分离，在磁性引力的作用下沿输出轴的轴向向上滑动。

如图9所示，磁性换向轮510受到右侧的换向片301的作用下，在磁性引力的作用下沿输出轴的轴向向上滑动，然后与输出轮510扣合，使输出轴反方向转动，并最终通过2个主动轮和从动轮，带动风力清洁框架向反方向移动。而且风力螺旋桨和清洁轴在整个过程中只沿顺时针方向转动，不会反转，避免未清洁干净的情况下产生二次污染。

如图11和12所示，控制机构的活动限位挡板，在光照条件和风力条件不满足的情况下处在关闭状态，整个风力清洁框架是不会移动的。当检测到是晴天并且风力充足的情况，且过去的48小时内未进行清洁时，控制箱内的可编程逻辑控制器便会控制步进电机带动活动限位挡板抬起，在风力的作用下，风力清洁框架对光伏板进行一次清洁工作。清洁结束后重新回到初始位置，触发接近开关后，由可编程逻辑控制器通过控制步进电机放下，使活动限位挡板回到闭合的状态，将风力清洁框架固定。

特别的，此处的可编程逻辑控制器，可以采用PLC或者单片机等。

下面以一次清洁周期为例，具体描述一下整个装置的工作过程：

1.风速传感器和光照度传感器实时检测环境条件，并将数据传输给控制箱内的可编程逻辑控制器，当风速和光照强度不满足条件时，整个装置处于待机状态。

2.当检测到连续风速达到4m/s、且光照大于80000lx的情况下，再判断48小时内是否清洁过，如果已清洁，则进入待机状态；如果未清洁，则首先由可编程逻辑控制器控制步进电机带动活动限位挡板向上转动打开。

3.活动限位挡板打开后，在风力的作用下，风力螺旋桨顺时针转动，同时带动清洁轴对正下方的太阳能光伏板进行清洁，同时将动力传输进传动换向器内，此时磁力换向轮和磁性输出轮扣合，使输出轴逆时针转动，并通过皮带带动两侧的主动轮逆时针转动，使整个风力清洁框架沿光伏面板表面从左向右移动，对一整排光伏板进行清洁。

4.当风力清洁框架到达最左侧，在左侧换向片的作用下，使磁性换向轮与输出轮扣合，在清洁轴保持顺时针转动的情况下，使输出轴由逆时针转动换为顺时针转动，从而使整个风力清洁框架转而从左向右移动。

5.当风力清洁框架回到初始位置时，触发接近开关，可编程逻辑控制器控制步进电机带动活动限位挡板向下转动，将风力清洁框架固定，完成一次清洁任务。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子，显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。