北极星太阳能光伏网讯:研究发现，地表颗粒及人类活动带来的积灰是影响光伏电站发电量的重要因素[1-5]。采用清洁机器人对潍坊市某分布式光伏电站的组件进行清洁，对比清洁前后的效果可以发现：大气环境良好时，该电站的日发电量可提升近20%；大气污染严重时，电站日发电量提升近40%。由此可见，组件的清洁度对发电量的影响至关重要。

　　我国自2012年开始对组件清洁技术展开研究，将国外先进技术与国内光伏电站相结合，研发出了多种机械式清洁技术。目前，机械式清洁(也称为“清洁机器人”) 主要包括单排清洁、跨排清洁和便携式清洁3 种技术路线，而跨排清洁和便携式清洁均由单排清洁技术演变而来。本文对上述3 种清洁机器人技术路线进行了系统地阐述，并对其应用现状进行了总结与展望。

　　单排清洁技术是指清洁机器人仅能完成一排光伏组件的清洁，不能越排。国内对该技术的研究为深入，成果也较多，其中，高校和科研院所的研究主要集中在清洁机器人的结构设计和控制系统等方面。巫江等[6] 研究了一种采用新型凸轮式清扫机构的自动除尘装置，朱赵慧娟[7] 提出了一种绞缆式自动养护机器人；马磊等[8] 研究了清洁机器人的控制系统，并提出了电源、角度、位置等模块的控制原理；孙卫红等[9]、李园等[10]研究了清洁机器人的控制原理、组成及逻辑算法；王龙等[11] 研究了清洁机器人的零部件的轻量化设计。

　　目前，采用单排清洁技术并已得到产业化应用的产品主要分为3 个方向，分别以南京天创电子技术有限( 以下简称“南京天创”)、以色列的Ecoppia Scientific Ltd.( 以下简称“Ecoppia”)、南京索能多思智能科技有限( 以下简称“南京索能多思”) 等的产品为代表。

　　1) 以南京天创的产品为代表的清洁机器人目前应用为广泛。生产该类产品的代表还有安轩自动化科技有限( 以下简称“安轩”)、山东豪沃电气有限( 以下简称“山东豪沃”)、北京中电博顺智能设技术有限( 以下简称“中电博顺”) 等。该类产品由行走系统、导向系统、清洁系统、电池和控制系统组成。其中，行走系统的4 个行走轮对称布置在产品的上、下位置，用于完成前进和后退，4 个行走轮可共用1 台电机或每2 个行走轮共用1 台电机，中电博顺已实现“单轮单控”；导向系统主要用于产品的限位和导向，防止因速度过快而使产品超出组件边框。

　　该类产品的优点在于可实时感知自身所在位置及电机、电池等核心部件的工作状态，人机交互功能良好，也可实现远程实时监控。但其的缺点在于行走系统对光伏组件安装精度要求苛刻，一旦组件出现高低落差、倾斜安装的情况，清洁机器人的行走轮很容易因行走不协调而导致“自锁”。各家都在探索解决该问题的方式，但目前仍未完美解决。比如，安轩研发了履带式清洁机器人，但履带的寿命及上、下履带的协调性并不理想；南京天创试图在安装清洁机器人之前先对组件进行调整，但因前期工程费用太高而无法进行推广；中电博顺的“单轮单控”技术提高了清洁机器人的越障能力，基本解决了“自锁”问题，但性价比不高。

　　2) 以Ecoppia 生产的Ecoppia 清洁机器人[12] 为代表。该清洁机器人是由横向行走轮、主体框架、纵向清洁装置、拖曳电机、太阳能支架电池和控制系统组成，典型特点是行走方向与清洁方向为正交，清洁机器人在行走方向上断续进行。该类产品的工作原理为：工作时，清洁机器人的横向行走轮沿专用导轨行走至未清洁的组件时停车；然后纵向清洁装置启动，通过超细纤维毛刷旋转并辅以气流吹扫，自上而下对积灰进行清洁；清洁完毕后，清洁机器人行走至其他未清洁的组件。该产品在沙尘较大的中东沙漠地区应用广泛，但由于其需要在横向行走路径上全程铺设导轨，价格昂贵，因此性价比不高。

　　该类产品的工作原理为：工作时，驱动电机带动钢丝绳拖曳着清洁装置的毛刷和刮尘橡胶板将积灰向前推行，至组件间的缝隙时推落；当传感计数器达到阈值时，电机停止转动进入散热状态，此时设正好到达停车台；散热结束后，驱动电机反转，设进入“返回清洁”模式。由于单次清洁效果不明显，在一个清洁周期内通常需要多次清洁。

　　1) 车载清洁式机器人多采用有水清洁，清洁装置安装在工程车上，由工程车实现前后的跨排清洁。该类产品的代表家为青岛昱臣智能机器人有限、重庆太初新能源有限等[13-14]。由于该类产品的体型笨重，因液压系统无法自适应复杂的地形地貌，清洁装置易对组件造成损坏，因此主要适用于我国西北部地势相对平坦的光伏电站，但这类地区水资源相对匮乏，因此使用该类产品有一定的局限性。

　　2) 摆渡车式清洁机器人主要由清洁机器人、摆渡车及轨道等附属设施组成。太阳能支架目前该类产品仅在少数分布式光伏电站应用，而在地面光伏电站的应用仍处于样机试验阶段，这是因为采用该技术的现场施工量大、施工周期长，对轨道载体的平整度要求高，复杂的环境和地形地貌会导致成本陡增，且设易发生倾覆。该类产品受限于性价比、环境适应性及稳定性等问题，发展前景不乐观。

　　3) 除上述2 种已规模化应用的跨排清洁技术外，还有一种新研发但尚未量产的专门针对平单轴跟踪系统研发的跨排清洁技术。这一技术的典型特点是轨道安装在平单轴跟踪系统的转动轴上，完全摆脱了轨道对地面的依赖[15]。清洁时，首先由清洁机器人与平单轴跟踪系统交互确认，当平单轴跟踪系统与轨道角度一致时，清洁机器人从轨道行进至组件上进行清洁。该技术可适应前后排组件6 个自由度方向上的大范围偏差，对项目现场的施工质量包络性强，可匹配所有型号的清洁机器人，具适用性广、制作成本低等特点。目前该技术也已展开相关样机的试验工作。

　　研究发现，当清洁机器人倾斜导致导向轮正压力过大及行走轮越障能力不足时，其易发生“自锁”。针对这一问题，一种可能的解决方案是：通过建立空间力系的平衡方程，优化毛刷分布密度、长度和硬度，行走轮直径和间距，导向轮数量、间距和直径，以及机器人框架的尺寸、驱动电机的输出扭矩等参数，并辅以电机控制算法，及时感知和调整行走轮状态，避免产生“自锁”。

　　本文针对用于光伏组件清洁的清洁机器人，介绍了单排清洁、跨排清洁和便携式清洁3种技术路线，并阐述了各种技术的优、缺点；后对清洁机器人的发展方向进行了展望。

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