【摘要】：當(dāng)前,太陽能光伏板被廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電中。在實(shí)際的應(yīng)用中,空氣中的塵埃會(huì)源源不斷的沉積在光伏板的表面,一定程度上影響光伏板的發(fā)電效率。若能對(duì)光伏板進(jìn)行有效的清潔,在相同裝機(jī)容量下可以提高發(fā)電站的發(fā)電效率。傳統(tǒng)的清潔作業(yè)方式為人工清潔,清潔成本較高,而移動(dòng)清潔機(jī)器人能有效的解決傳統(tǒng)人工作業(yè)的挑戰(zhàn)。移動(dòng)清潔機(jī)器人在數(shù)千畝大的太陽能發(fā)電站執(zhí)行清潔作業(yè)時(shí),要解決的首要問題是路徑獲取問題,因此對(duì)移動(dòng)清潔機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃研究意義重大。本文對(duì)太陽能光伏板清潔機(jī)器人在三維環(huán)境下的路徑規(guī)劃進(jìn)行了研究,主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:(1)針對(duì)利用移動(dòng)機(jī)器人清潔西北地區(qū)大型太陽能發(fā)電站光伏板清潔作業(yè)任務(wù)時(shí)首要解決的環(huán)境建模問題,采用一種基于數(shù)字高程模型的環(huán)境地圖,并根據(jù)通行結(jié)果和環(huán)境的約束條件分析生成三維地圖。(2)基于粒子群算法和引力搜索混合算法(PSOGSA)對(duì)光伏板清潔機(jī)器人路徑進(jìn)行規(guī)劃。該混合算法挖掘粒子群優(yōu)化算法的全局搜尋能力和引力優(yōu)化算法的局部搜索的能力,很好地解決了全局路徑規(guī)劃時(shí)容易與障礙物發(fā)生碰撞,并且容易陷入局部最小值等特點(diǎn)。在三維環(huán)境下進(jìn)行該算法測試,對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該算法對(duì)復(fù)雜環(huán)境有很好的適應(yīng)性,同時(shí)能有效避免局部最小值,提高路徑的準(zhǔn)確性。(3)運(yùn)用MATLAB GUI仿真平臺(tái)對(duì)所建立的三維環(huán)境模型和提出的混合算法進(jìn)行可視化設(shè)計(jì),對(duì)算法的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置及對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行顯示,以此來驗(yàn)證所提出的算法的可行性。本文利用數(shù)字高程模型建立太陽能發(fā)電站環(huán)境地圖,提出引力與粒子群混合路徑優(yōu)化算法,并將所提出的優(yōu)化算法應(yīng)用于太陽能發(fā)電站三維路徑規(guī)劃,數(shù)值仿真結(jié)果證明,粒子群混合路徑優(yōu)化算法很好地解決了全局路徑規(guī)劃時(shí)容易與障礙物發(fā)生碰撞,并且容易陷入局部最小值等缺點(diǎn),提高了搜索路徑的準(zhǔn)確性。論文的研究工作為今后利用移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行太陽能清潔作業(yè)時(shí)環(huán)境建模和路徑規(guī)劃提供一些工程應(yīng)用參考。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

碩士學(xué)位論文潔效率等方面具有重大的意義，因而備受人們的關(guān)注[15]。作為一類太陽能光伏板清潔機(jī)器人能夠有效的解決光伏板上積灰的問題，并家科研機(jī)構(gòu)，企業(yè)單位和大學(xué)相繼研究。本在世界上機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)處于領(lǐng)先地位，已研制出并投入使用太陽能光伏板的機(jī)器人。在 2013 年 3 月，日本岡山縣高松市的 M香川大學(xué)等聯(lián)合開展研究，已成功研制出全球首個(gè)無水太陽能電池器人[16]，如圖 1.1 所示。該清潔機(jī)器人長約 72cm，寬約 43cm，高約 1kg，質(zhì)量較輕，一人足以搬起，在充滿電的情況下可連續(xù)清潔太陽小時(shí)。機(jī)器人在工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)刷開始運(yùn)轉(zhuǎn)，以自主行駛沿著光伏板上光伏板的外框掉落，動(dòng)力源使用內(nèi)置鋰電池。由于該清潔機(jī)器人在需要水且自動(dòng)工作，在干旱缺水地區(qū)的清潔效果可達(dá)到人工清潔程于沙漠、荒原、戈壁等干旱缺水的地方。

太陽能光伏板清潔機(jī)器人三維路徑規(guī)劃研究后，根據(jù)記錄的位置信息重新開始清掃。蓄電池的更換能在短時(shí)間內(nèi)在短暫的等待后繼續(xù)清掃作業(yè)。另外還配備有紅外線 LED 燈，可在014 年 4 月，德國西門子公司和以色列 Arava-Power 公司合作開發(fā)了自動(dòng)光伏板清潔機(jī)器人 Ecoppia E4[18]安裝在太陽能光伏板一旁的移器人自身能在光伏板前后移動(dòng)。它使用單獨(dú)供能系統(tǒng)，同時(shí)也裝載能源供給裝置。它采用鼓風(fēng)機(jī)和由超細(xì)纖維制成的旋轉(zhuǎn)電刷，在不下，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刷子清掃落在光伏板表面的塵埃。該清潔機(jī)器，甚至可通過智能手機(jī)來完成清潔作業(yè)。采用這種設(shè)備，能清除光達(dá) 99%的塵土顆粒。

圖 1.3 國內(nèi)首個(gè)太陽能面板清潔機(jī)器人年 12 月，科沃斯獨(dú)立研發(fā)的商用機(jī)器人系列產(chǎn)品—太陽能[20]，能夠自動(dòng)升降式不使用水進(jìn)行清掃，使常年暴露在太底擺脫灰塵和污垢，如圖 1.4 所示。當(dāng)把銳寶放置在太陽自主行走、自主清潔、自動(dòng)識(shí)別光伏組件邊界，可輕松跨真空泵，底部吸盤采用柔軟硅膠材質(zhì)，爬行不留痕跡，且，吸盤能使銳寶平穩(wěn)地吸附在安裝角度小于 55°的太陽能式行走，自動(dòng)升降式滾刷高速清掃，高效無刷電機(jī)強(qiáng)勁吸 掃”、“ 吸”等清潔工作，清潔覆蓋面積高達(dá) 100%。每m2，自動(dòng)規(guī)劃清潔路線，能去除太陽能電池板 99%表面積塵結(jié)束、點(diǎn)亮消耗、信息故障等智能提醒，提升太陽能光伏約了水與人力成本，提高了發(fā)電站的效益。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2774533