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一种应用于水面光伏电站组件的自动清洗无人船

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成果主要完成人

严卫平、芮鹏程、张天保、周 涛、陈 刚、王 武、徐小明、马 乐、杨 帆、魏兆成、桂小宇、邵宇平

项目概况

本成果为水上光伏组件清洗无人船,将无人船和水上光伏清洗需求有效结合,是提高清洗效果、实现光伏发电增效的一个重要创新。 目前,国内外已有的组件清洗方式按照其自动化水平大致可分为人工清洗、半自动清洗和自动清洗三种方式。其中人工清洗包括干洗和水洗两个方式,这种清洗方式工作效率低、清洗周期长、人力成本高,存在人身安全隐患;半自动清洗方式以工程车辆为载体,设备功率大、效率比较高,但对光伏组件阵列的高度、宽度、阵列间路面状况的要求较为苛刻;使用清洗机器人进行清洗,具备清洗效率高、人工费用低、安全性好等优势。而水上光伏组件的清洗,目前尚未见采用自动化清洗的报道,一般都是通过自然降雨的方式来完成,清洗时间和效果不可控,也有些水上光伏电站的清洗采用人工方式来完成,但清洗效率较低、人力成本高、清洗风险大。 无人船是一种新型的水上自动化作业平台,依托小型船艇,利用导航定位、环境感知和自主决策控制技术,根据水上作业的需要搭载各种应用载荷,可以遥控或者全自主航行。目前,无人船技术已在水文测绘、水下搜索、水环境监测及军用等多个领域推广应用。 清洗无人船由铝合金船体、动力电池及BMS、推进器、主控制器、喷淋系统、感知设备及水体监测传感器组成。其中动力电池采用安全性能更高的磷酸铁锂电池,支持直流快充,可在2小时内完成充电;喷淋系统由水泵、高压水炮和喷头组成,可通过集控中心远程调节高压水炮喷射高度和喷射角度;感知设备包括前后两个摄像头和激光雷达,可实时传输无人船运行环境图像和喷淋区域图像,激光雷达用于避碰及自动引导无人船沿着航道的中线安全航行。经济环保。 通过可调节喷射高度和角度的喷淋系统,可自动连续地完成8小时的清洗作业,单次作业航程可达30公里,覆盖水域约300亩。利用无人船自动清洗光伏组件,不仅可以提高发电效率,还可以延长光伏组件的寿命,可为光伏电站创造可观的经济效益。其技术难点在于: 1、在光伏阵列下穿行时,GNSS卫星定位信号不可靠; 2、光伏整列下穿行时,无人船航行控制精度要求极高; 3、清洗作业时水炮水柱反作用力导致船体侧向偏移,需要动力定位控制; 4、清洗作业自动化程度高。 本成果适用于具有一定水深的水上光伏清洗阵列中,可根据桩位高定调整水柱高度,解决了高桩位组件清洗问题,节约了人工成本,提高了清洗效率,提升发电量。 本成果已在国家电投安徽分公司窑河“渔光互补”光伏发电站应用。通过无人船对62MW容量的光伏组件完成了自动清洗,设计并规划清洗任务11个,累计航行45h,总航行里程约166 km,充分验证了该清洗无人船系统的可行性和可用性。 经过长时间连续运行,结果显示光伏清洗无人船实现了光伏板积灰的高效、经济清洗,可满足光伏电站现场应用的需要;受季节、天气、清洗周期等影响,全年利用小时提高约1.4%,2020年增发电量约250万kWh,增收约236万元,经济效益显著。