BAO CAO DO AN TOT NGHIEP ROBOT VE SINH TAM PIN NLMT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

🕯✡🕮🕮✡🕯

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT

VỆ SINH TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

GVHD: Ths Lê Thanh Tùng

SVTH: MSSV Phạm Nhật Minh 18146174 Bạch Quang Phước 18146192 Trần Anh Vũ 18146259

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên……… MSSV: ……… Hội đồng: ………

Họ và tên sinh viên……… MSSV: ……… Hội đồng: ………

Họ và tên sinh viên……… MSSV: ……… Hội đồng: ………

Tên đề tài:

Ngành đào tạo:

Họ và tên GVHD:

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3 Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày … tháng năm 2022

Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy

trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế 15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: MSSV: Hội đồng: STT:

Họ và tên sinh viên: MSSV: Hội đồng: STT:

Họ và tên sinh viên: MSSV: Hội đồng: STT:

Ngành đào tạo:

Họ và tên giáo viên phản biện:

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng năm 2022

Giảng viên phản biện

(Ký, ghi rõ họ tên)

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài 10

Tính cấp thiết của đề tài 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế 15

Khả năng cải tiến và phát triển 15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, quý thầy/cô đã tận tình trau dồi cho Chung em nhiều kiến thus quý giá, từ lee thuyết đến từng kỹ năng thực hành chuyên môn Để củng cố vững hơn những kiến thức đã học trong quá trình học tập tại trường, thực hiện đề tài tốt nghiệp là một trong những cách để tự kiểm tra kiến thức tích lũy và ứng dụng những kiến thức đấy vào thực tế

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn ThS Lê Thanh Tùng, giảng viên hướng dẫn và TS Vũ Quang Huy, trưởng Ngành Cơ điện tử - Khoa Đào tạo

Chất lượng cao, giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp Nhóm chúng em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy/cô trong Khoa đặc biệt là quý thầy/cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đề tài

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn chia sẽ động viên và đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thành tốt hơn

Cuối cùng, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty Tona Syntegra Solar (TSS) trực thuộc Tập đoàn Syntegra Solar International, một công ty đa quốc gia, đã cho chúng em có cơ hội tiếp xúc những kiến thức thực tế về hệ thống pin năng lượng mặt trời và thực nghiệm mô hình trên hệ thống thực tế

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022

Nhóm sinh viên thực hiện

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt đồng thời năng lượng do nguồn nhiên liệu này sinh ra tác nhân tác động trực tiếp đến môi trường tự nhiên, việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, Trong đó, Ngành công nghiệp Năng Lượng Mặt Trời đang là xu hướng phát triển ở hầu hết các quốc gia trên thế giới Công nghệ khai thác nguồn năng lượng này ngày càng đa dạng và dần trở thành nguồn năng lượng hàng ngày trong cuộc sống Phương pháp chính để khai thác năng lượng mặt trời là các mảng được tạo thành từ các tấm quang điện photovoltaic (PV) Tuy nhiên, nguồn năng lượng này đang còn đối diện với nhiều thách thức

về nhiều mặt như kinh tế, sự dự trữ năng lượng, sự ảnh hưởng từ thời tiết và môi trường,

Một trong những rủi ro trong quá trình vận hành hệ thống pin năng lượng mặt trời là tổn thất sản lượng điện do bám bẩn hệ thống tấm pin năng lượng Nhận thấy sự cần thiết phải giữ cho thiết bị “sạch” sẽ góp phần cải thiện công suất và sản lượng điện của tấm pin quan điện

Mục tiêu đề tài của nhóm hướng đến việc thiết kế và chế tạo robot có khả năng vệ sinh những tấm pin quang điện Robot vệ sinh bề mặt các tấm pin theo trình tự có giám sát, hạn chế sự tham gia của con người vào quá trình vệ sinh Đồng thời, nhóm nhận thấy những rủi ro, nguy hiểm và tốn nhân công khi vệ sinh hệ thống tấm pin năng lượng, kèm với đó là năng suất sau quá trình vệ sinh không đạt mong đợi Hiện nay, một số nhà đầu tư không chỉ quan tâm đến sản lượng mà còn quan tâm đến chất lượng của hệ thống pin quang điện, và nhu cầu

vệ sinh hệ thống pin quang điện là một trong những nhu cầu được nhà đầu tư quan tâm Từ nhu cầu thực tế, chúng em quyết định thực hiện luận văn tốt nghiệp

với đề tài “Thiết kế và chế tạo robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời”

Trong quá trình thực hiện Đồ án, ngoài sự nổ lực của từng thành viên trong nhóm là sự hỗ trợ, giúp đỡ vô cùng nhiệt tình của các thầy/cô để chúng em hoàn thành tốt khóa luận này Tuy nhiên do kiến thức và khả năng còn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự thông

cảm của các thầy/cô và các bạn sinh viên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC HÌNH ẢNH 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU 11

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 13

1 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 13

1 2 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 13

1 3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 13

1 4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 13

1 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

1 6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14

CHƯƠNG 2:VẤN ĐỀ VỆ SINH TẤM PIN VÀ GIẢI PHÁP 15

2.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ VẤN ĐỀ VỆ SINH 15

2.2 MỨC ĐỘ TỔN THẤT VÀ BÁM BẨN 15

2.3 GIẢI PHÁP VỆ SINH 16

2.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT Ở NƯỚC NGOÀI 17

2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT Ở TRONG NƯỚC 18

2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH ĐƯỢC THỰC HIỆN 18

2 7 CÁC ROBOT LÀM SẠCH PIN HIỆN CÓ 24

2.7.1 Solar brush UAV Robot 24

2.7.2 Robot Ecoppia E4 25

2.7 3 SolarDuster 26

2.7.4 Robot Washpanel 26

2.7.5 Hệ thống robot làm sạch NOMADD 28

2.7.6 Robot GEKKO Solar: 29

2.7.7 Robot hyCLEANER 31

2.8 DÙNG CÁC HOÁ CHẤT ĐỂ TẨY RỬA 33

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 35

3.1 ĐÁNH GIÁ CƠ CẤU DI CHUYỂN VÀ CƠ CẤU VỆ SINH 35

3.1.1 Đường ray ngang chổi lau dọc 35

3.1.2 Đường ray ngang chổi lau ngang 36

3.1.3 Đường ray ngang chổi tròn 37

3.1.4 Đường ray ngang chổi treo 37

3.1.5 Dây cáp treo các góc 38

3.1.6 Di chuyển bằng chân chổi lau ngang 39

3.1.7 Di chuyển bằng bánh xe chổi quét đặt trước/sau hoặc cả trước và sau 40

3.1.8 Di chuyển bằng hai cơ cấu bánh đai 40

3.1.9 Di chuyển bằng bốn cơ cấu bánh đai 41

3.1.10 Kết luận phương án di chuyển và cơ cấu vệ sinh 42

3.2 PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CĂNG ĐAI 42

3.3 PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BÁNH ĐAI 43

3.4 PHÂN TÍCH CHỌN DÂY ĐAI 44

3.5 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHO BÁNH XE 44

3.5.1 Truyền động không thông qua bộ truyền ngoài 44

3.5.2 Truyền động bằng đai 45

3.5.3 Truyền động bằng xích 45

3.5.4 Truyền động bằng bánh răng 46

3.6 LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHO CHỔI CON LĂN 47

3.7 LỰA CHỌN CẤU TẠO CHỔI CON LĂN 47

3.8 LỰA CHỌN CẤP NƯỚC 50

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 53

4.1 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 53

4.1.1 Giới thiệu chung về động học 53

4.1.2 Mô hình động lực học 53

4.2 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO SƠ BỘ VỀ ROBOT 61

4.3 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ BÁNH XE 62

4.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG 66

4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CÔNG TÁC 70

4.6 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ CHỔI CON LĂN 71

4.7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG 73

4.8 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRỤC CHO CON LĂN 76

4.9 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỔI QUÉT VÀ THANH GẠT VỆ SINH CHO ROBOT 77

4.10 MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ HÌNH THỰC TẾ 77

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN 79

5.1 LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 79

5.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN 80

5.3 THÔNG SỐ LINH KIỆN 82

5.3.1 Pin Sạc 18650 4.2V 2200mAh Lithium-ion 82

5.3.2 Module thu phát RF NRF24L01 2.4Ghz 82

5.3.3 Mạch driver động cơ bước TB6560 83

5.3.4 Mạch điều khiển động cơ DC L9110 85

5.3.5 Arduino Uno R3 86

5.3.6 Arduino Joystick shield 87

5.3.7 Mạch nguồn tăng áp DC XL6009 88

5.3.8 Mạch nguồn ổn áp họ LM78xx 88

CHƯƠNG 6:THUẬT TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP HỆ ĐIỀU KHIỂN 90

6.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 90

6.2 NHỮNG THƯ VIỆN VÀ LỆNH ĐƯỢC DÙNG 91

6.3 TIỂU KẾT VÀ NHẬN XÉT 92

CHƯƠNG 7: MÔ HÌNH THỰC TẾ VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 93

7.1 MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ HÌNH THỰC TẾ 93

7.2 KẾT QUẢ ĐIỀU KHIỂN VÀ NHẬN XÉT 95

7.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT 95

CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 97

8.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 97

8.2 NHỮNG HẠN CHẾ KHI THỰC HIỆN 97

8.3 PHÂN TÍCH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

ĐƯỜNG DẪN THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC A – CHƯƠNG TRÌNH ROBOT VẬN HÀNH 104

PHỤ LỤC B – CHƯƠNG TRÌNH BỘ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 109

PHỤ LỤC C – HÌNH ẢNH THỰC TẾ VÀ KẾT QUẢ ĐIỀU KHIỂN 111

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AC Alternating Current

ADC Analog to Digital Converters

AGM Absorbent Glass Mat

DC Direct Current

GPIO General Purpose Input/Output

GUI Graphical User Interface

I2C Inter Integrated Circuit

IC Integrated Circuit

IOT Internet of Things

MCU Micro Controller Unit

MISO Master In Slave Out

MOSI Master Out Slave In

NLTT Năng Lượng Tái Tạo

PI Proportional Integral controller

PV Photovoltaic

PWM Pulse Width Modulation

RPM Rounds per Minute

SCL Serial Clock Line

SDA Serial Data Line

SPI Serial Peripheral Interface

TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam

UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter VRLA Valve Regulated Lead Acid

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Các tấm pin bẩn trên bề mặt 15

Hình 2 2 Hình logo một số công ty 18

Hình 2 3 Làm sạch bằng con người 19

Hình 2 4 Hệ thống làm sạch bằng nước 20

Hình 2 5 Dùng thiết bị máy móc 21

Hình 2 6 Vật liệu siêu kỵ nước 22

Hình 2 7 Robot UAV 24

Hình 2 8 Ecoppia E4 25

Hình 2 9 SolarDuster 26

Hình 2 10 Robot Washpanel 27

Hình 2 11 Robot NOMADD 28

Hình 2 12 Chân của Robot GEKKO 29

Hình 2 13 Robot GEKKO đang làm sạch tấm pin 30

Hình 2 14 Robot hyCLEANER 31

Hình 2 15 Robot SolarCleano 33

Hình 2 16 Nước tẩy rửa 34

Hình 3 1 Hướng di chuyển ngang bàn chải chạy dọc của robot 35

Hình 3 2 Hướng di chuyển ngang bàn chải chạy ngang 36

Hình 3 3 Đường ray ngang chổi tròn 37

Hình 3 4 Robot hai dây treo song song 38

Hình 3 5 Dây cáp treo góc 39

Hình 3 6 Di chuyển bằng chân chổi lâu ngang 39

Hình 3 7 Di chuyển bằng bánh xe 40

Hình 3 8 Di chuyển bằng 2 bánh đai 41

Hình 3 9 Khả năng chuyển động Robot di chuyển bằng bốn cơ cấu bánh đai 41

Hình 3 10 Bánh dẫn hướng 42

Hình 3 11 Căn đai dùng cần lắc 43

Hình 3 12 Căng đai dùng lò xo 43

Hình 3 13 Truyền động đai 45

Hình 3 14 Truyền động xích 46

Hình 3 15 Truyền động bánh răng 46

Hình 3 16 Sợi Polypropylen 48

Hình 3 17 Sợi nylon 48

Hình 3 18 Sợi polyester 49

Hình 3 19 Chổi con lăn 49

Hình 3 20 Khớp nối chống xoắn dây 51

Hình 3 21 Kích thước nối nhanh chống xoắn đực cái 51

Hình 3 22 Phụ kiện ống nước 52

Hình 4 1 Lực tác dụng lên robot 60

Hình 4 2 Cấu tạo sơ bộ vể robot 62

Hình 4 3 Sơ đồ lực 63

Hình 4 4 kích thước động cơ 65

Hình 4 5 Hình cách bố trí động cơ di chuyển 65

Hình 4 6 Biểu đồ loại đai ứng với công suất và số vòng quay 66

Hình 4 7 Thông số đường kính bánh đai răng 67

Hình 4 8 Hình Đai răng di chuyển thực tế 69

Hình 4 9 Lực tác dụng 71

Hình 4 10 Hình động cơ chổi thực tế 73

Hình 4 11 Biểu đồ phân bố đai rang 73

Hình 4 12 Hình Đai răng chổi con lăn thực tế 76

Hình 4 13 Mô hình 3D của robot 77

Hình 4 14 Hình mô hình thực tế robot 78

Hình 5 1 khối điều khiển 80

Hình 5 2 khối động cơ và driver 81

Hình 5 3 khối nguồn robot 81

Hình 5 4 Mạch điện thực tế 82

Hình 5 5 Pin sạc 18650 4.2V 82

Hình 5 6 Module thu phát RF NRF24L01 83

Hình 5 7 Sơ đồ kết nối dây 85

Hình 5 8 Mạch driver động cơ bước TB6560 85

Hình 5 9 Mạch điều khiển động cơ DC L9110 86

Hình 5 10 Arduino Uno R3 87

Hình 5 11 Arduino Joystick shield 87

Hình 5 12 Mạch nguồn tăng áp DC XL6009 88

Hình 5 13 Mạch nguồn ổn áp LM78xx 89

Hình 6 1 Lưu đồ giải thuật 90

Hình 6 2 Lưu Đồ Giải Thuật Điều Khiển 91

Hình 7 1 Mô hình 3D của robot 93

Hình 7 2 Hình mô hình thực tế robot phương đứng 94

Hình 7 3 Hình mô hình thực tế phương ngang 94

Hình Thực Nghiệm 2 111Hình Thực Nghiệm 3 111

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thông số về hyCLEANER 32

Bảng 2 Ưu nhược điểm đường ray chổi tròn 37

Bảng 3 Ưu nhược điểm của dây cáp treo góc 39

Bảng 4 Ưu nhược điểm của di chuyển bằng chân chổi lau ngang 40

Bảng 5 Catalogue của đai: 68

Bảng 6 Pully tương ứng theo loại đai theo catalogue: 68

Bảng 7 Những thông số cơ bản của hệ truyền động đai răng: 69

Bảng 8 Đai theo catalogue như sau: 74

Bảng 9 Pully tương ứng theo loại đai theo catalogue: 75

Bảng 10 Thông số cơ bản của hệ truyền động đai răng: 75

Bảng 11 Kết quả thực nghiệm 95

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Sinh viên thực hiện: Bạch Quang Phước MSSV: 18146192 ĐT: 0336444350

Phạm Nhật Minh MSSV: 18146174 ĐT: 0938947216 Trần Anh Vũ MSSV: 18146259 ĐT: 0378975172

1 Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT VỆ SINH TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Thông số kỹ thuật ban đầu của robot: Tốc độ đạt 0.2 m/s; di chuyển trên bề mặt nghiên ≤ 200, tổng trọng lượng ≤ 18 kg

3 Nội dung chính của đồ án:

Tìm hiểu thông tin tình hình năng lượng xanh hiện nay nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng

Phân tích các phương án thiết kế robot từ những robot hiện tại trên thế giới

Tính toán, thiết kế cơ khí

Thiết kế bộ điều khiển và phân tích thuật toán

Tiến hành thu thập thông tin thực tế từ công ty Tona Syntegra Solar

4 Các sản phẩm dự kiến

Mô hình robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời

5 Ngày giao đồ án:

6 Ngày nộp đồ án:

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt X

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài này hướng đến nhu cầu cải thiện công suất của hệ thống pin mặt trời bằng cách giải quyết vấn đề bám bẩn và tích tụ bụi trên bề mặt của tấm pin dẫn đến giảm hiệu suất năng lượng của tổng thể hệ thống Các hệ thống pin năng lượng thường được thiết kế đảm bảo độ bền kết cấu, cùng với đó là vị trí lắp đặt phải đảm bảo nhận được tối đa nguồn bức xạ để tạo năng lượng tốt nhất Do đó, vấn đề vệ sinh hệ thống là một khó khăn cho nhà đầu tư để tìm một phương án

vệ sinh an toàn cho công nhân, đồng thời đem lại hiện suất cao nhất sau quá trình vệ sinh Dẫn dễn nhu cầu vệ sinh hệ thống, làm sạch bề mặt để có thể loại

bỏ bụi tích tụ trên bề mặt của các tấm pin một cách thường xuyên Hệ thống này cũng nhằm mục đích giảm sự tham gia của con người vào quá trình làm sạch các tấm pin năng lượng mặt trời

1 2 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

Quá trình thực hiện đề tài là cơ hội để ứng dụng những kiến thức, kỹ năng

đã được học để giải quyết các vấn đề và các yêu cầu đặt ra Nhiệm vụ của đề tài

là thiết kế được một thiết bị công nghệ giải quyết được yêu cầu vệ sinh của các tấm pin mặt trời Thông số kỹ thuật đặt ra: tốc độ tối đa 0.2 m/s, di chuyển trên

bề mặt nghiêng ≈ 20°, khối lượng ≤ 18kg

1 3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Mục tiêu của đề tài là chế tạo robot vệ sinh tấm pin mặt trời có tích hợp

hệ thống phun sương và chổi quét, điều khiển và giám sát từ xa Bao gồm 3 mục tiêu chính:

- Nghiên cứu tình hình điện mặt trời và robot vệ sinh pin mặt trời

- Tính toán thiết kế, tính toán cơ cấu chuyển động và vệ sinh của robot

- Chọn động cơ và tính toán thiết kế bộ điều khiển

- Kiểm nghiệm và so sánh với những robot thực tế

1 4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Đề tài thiết kế robot dạng mobile robot di chuyển linh hoạt trên hệ thống pin năng lượng thực tế

Để tiết kiệm nguồn nhân công và vệ sinh đạt hiệu quả tốt, robot được trang bị hệ thống phun sương với nguồn nước độc lập và thanh gạt tránh đọng nước sau quá trình vệ sinh

Robot so sánh với robot vệ sinh cho hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời thực tế tại các dự án của Công ty Tona Syntega Solar

1 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sau khi tìm hiểu, tham khảo các robot vệ sinh hiện có trên thị trường dựa trên yêu cầu thực tế, mục tiêu ban đầu Quy trình thực hiện đề tài như sau:

- Lựa chọn một hệ thống truyền động tối ưu Xác định các khả năng khác nhau trong việc làm sạch tấm pin mặt trời

- Sử dụng phần mềm để thiết kế, mô hình hoá và tính toán kích thước các

bộ phận Tham khảo ý kiến của GVHD dựa trên các phương án được lựa chọn, sau đó tối ưu hóa mô hình để đạt được mục tiêu ban đầu

- Thiết kế sơ đồ điện sơ bộ cho hệ thống

- Viết chương trình điều khiển cơ bản cho robot hoạt động

- Kết luận và hướng phát triển trong tương lai

1 6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Báo cáo này gồm 7 chương:

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương 2: Vấn đề vệ sinh tấm pin và giải pháp

Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Chương 4: Tính toán thiết kế cơ khí

Chương 5: Thiết kế hệ thống điện và điều khiển

Chương 6: Thuật toán và phương pháp hệ điều khiển

Chương 7: kết luận và hướng phát triển

CHƯƠNG 2:VẤN ĐỀ VỆ SINH TẤM PIN VÀ GIẢI PHÁP 2.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ VẤN ĐỀ VỆ SINH

Vấn đề bám bẩn trên bề mặt tấm pin gây ảnh hưởng trong quá trình tính toán và đánh giá sản lượng điện năng do hệ pin mặt trời tạo ra Và tùy vào từng

dự án việc tổn thất do vấn đề bám bẩn trên bề mặt ảnh hưởng ít nhiều đến sản lượng của hệ Ngoài ra vấn đề bám bẩn còn phụ thuộc vào môi trường xung quanh và chu kỳ vệ sinh hệ thống

Yếu tố bám bẩn gây tổn thất sản lượng một phần do nhà thiết kế và chủ đầu tư không quan tâm đến các vấn đề môi trường, điều kiện khí hậu tại địa phương nơi dự kiến khởi công dự án dẫn đến tổn thất về sản lượng cao hơn so với dự kiến

Như vậy, trong quá trình vận hành, nhà đầu tư hay nhóm vận hành cần quan sát trực quan theo từng dự án Điển hình ở các khu vực phía Nam có mùa khô và mùa mưa rõ rệt khiến cho những tháng mùa khô vấn đề bám bẩn sẽ ảnh hưởng lớn đến sản lượng

Tiếp theo, vấn đề vệ sinh định kì hệ thống pin mặt trời cần vệ sinh định

kì và có phương pháp vệ sinh cụ thể nhằm giảm thiểu tổn hao do vấn đề bám bẩn Trong một vài trường hợp, dự án bị bám bẩn thành từng mảng lớn do vấn

đề thiết kế và khảo sát ngoài việc vệ sinh thì cần thiết kế lại hệ thống để cải thiện

Thứ tự phổ biến về mức độ tổn thất do bám bẩn có thể được ước tính từ 3-8% diện tích bề mặt pin nhưng có thể lên tới 30-40% đối với những nơi chịu ảnh hưởng bởi gió, cát và khí hậu Nếu thiệt hại nhẹ thì sản lượng điện tạo ra giảm gây tổn thất về kinh tế cho vấn đề kinh doanh điện năng đối với những chủ đầu tư có nhu cầu bán điện cho Tổng Cục Điện Lực Việt Nam (EVN) Nhưng nếu thiệt hại do bám bẩn nặng dẫn đến các lớp bụi được bám cứng như phân chim để lâu ngày, lên rêu, rất khó để làm sạch sẽ là một tổn thất lớn không chỉ

về sản lượng mà còn về chi phí để vệ sinh, thời gian vệ sinh

Những ngày mưa là một vấn đề hai mặt vì lượng mưa vừa đủ và không chịu ảnh hưởng bởi không khí sẽ có khả năng làm sạch bề mặt, nhưng lượng mưa thường không đủ và luôn hòa trong không khí những cặn bẩn nhỏ tích tụ

sẽ thành những mảng bám khó vệ sinh Ngoài ra, một số loại cát, bụi mịn và phân chim bám trên tấm pin, cho dù lượng mưa nhiều vẫn rất khó để làm sạch

bề mặt

2.3 GIẢI PHÁP VỆ SINH

Vệ sinh là một trong những hoạt động cần thiết trong cuộc sống hàng ngày của con người nói chung và làm sạch các tấm pin nói riêng, làm sạch để làm cho các thiết bị hoạt động tốt hơn và vẻ bề ngoài trở nên gần như mới Tuy nhiên việc vệ sinh các tấm pin mặt trời không phải lúc nào cũng đơn giản Do

có các tấm pin được đặt ở những nơi cao và khó tiếp cận, nên có thể khó làm sạch chúng bằng tay và cần có thời gian để làm điều đó một cách an toàn Thứ hai, làm sạch bảng chỉ một lần một năm có thể không có tác động đáng kể đến năng suất năng lượng hàng năm vì lý do đơn giản là bụi bẩn tích tụ lại trong một khoảng thời gian ngắn làm cho sự khác biệt không đáng kể Tuy nhiên, việc để các tấm không được làm sạch cũng có thể không tốt vì việc làm bẩn có thể dẫn đến hư hỏng vĩnh viễn của kính làm hạn chế tuổi thọ của việc lắp đặt Cho nên máy móc, robot đã được phát minh để hỗ trợ chúng ta trong việc làm sạch cần thiết này Sử dụng robot làm sạch là xu hướng tương lai nhất đang được nhìn thấy trong những năm gần đây Robot lau chùi là một thiết bị tự động có thể di chuyển xung quanh và làm sạch bề mặt bằng các kỹ thuật khác nhau như lau, hút bụi hoặc đơn giản là chà rửa bề mặt bằng bàn chải xoay Hệ thống làm sạch

bảng năng lượng mặt trời được đề xuất thuộc danh mục làm sạch, với quy mô lớn dành cho ứng dụng làm sạch công nghiệp trong các nhà máy điện mặt trời quy mô lớn Ngoài ra các hộ gia đình hay trang trại có hệ thống pin mặt trời có quy mô vừa và nhỏ cũng được cần làm sạch Các công nghệ và phương pháp làm sạch đang phát triển một cách nhanh chóng và dần đang đi vào ứng dụng thực tiễn với con người

Vì vậy mục đích của báo cáo này là phát triển robot làm sạch để phục vụ làm sạch bảng năng lượng mặt trời, quá trình robot làm sạch này có thể trở nên chính xác và nhanh chóng hơn, do đó làm tăng sản lượng điện của nhà máy cũng như các hộ dân sử dụng pin mặt trời

Các bước làm sạch thủ công cho bề mặt tấm pin như sau:

Bước 1: Làm sạch sơ bộ trên tấm bin, các lớp cát bề mặt và phân chim

được đánh sơ cho bề mặt hết vết bẩn bám cứng Dùng chổi hoặc các dụng cụ máy chổi quét để làm

Bước 2: Dùng khăn mềm ướt hoặc nước lau qua để giảm lớp bụi cũng

như nước có thể rửa trôi lớp bụi, hoặc có thể dùng hoá chất để làm mềm bụi, loại phân chim (nếu có)

Bước 3: Dùng cần gạt bằng lớp cao su gạt cho sạch nước và bụi bẩn còn

sót lại trên bề mặt, những vệt nước còn sót lại ngoài rìa hoặc khung dùng khăn mềm khô lau cho sạch

Đối với robot chạy trên bề mặt kính thì việc thiết kế làm theo phương pháp thủ công khó khăn, việc dùng cần gạt bằng cao su rất khó khăn cho robot

di chuyển linh hoạt Vì vậy giải pháp đưa ra là dùng chổi con lăn có tốc độ quay phù hợp để lớp bụi được làm sạch, kèm theo nước phun lên bề mặt, nếu có bụi bám khó ra thì robot sẽ di chuyển qua lại nhiều lần để làm sạch, hoặc có thể thay chổi con lăn và tốc độ quay của con lăn Do làm sạch bằng chổi con lăn nên phụ thuộc vào cấu tạo và vật liệu của chổi con lăn đó Mức độ làm sạch chỉ nằm

trong khoảng 95% - 99% phụ thuộc vào thời gian và lượng bụi bám trên bề mặt 2.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT Ở NƯỚC NGOÀI

Nhiều nước trên thế giới hiện nay đang phát triển robot rất mạnh mẽ ở nhiều ngành công nghiệp trong đó có công nghiệp làm sạch pin mặt trời Do nhu

cầu thị trường pin mặt trời mở rộng dẫn đến dịch vụ làm sạch pin cũng tăng theo Những con robot làm sạch pin mặt trời ngày càng được phát triển để cạnh tranh và phù hợp với công việc hơn Những công ty họ đã cho ra nhiều chủng loại, mẫu mã sản phẩm khác nhau Trên thị trường có nhiều nhà cung cấp robot làm sạch tấm pin mặt trời như SOLAR GLANZZ của Hà Lan, SERBOT của Thụy Sỹ, SUNPOWER của California INTEGRA GLOBAL của Hàn Quốc, solarCleano của Bỉ…v.v.v Nhiều công ty đã nghiên cứu và phát triển nhằm cải tiến robot để ngày càng linh hoạt, có thể làm sạch trên các mái không thể tiếp cận của con người, mang lại hiệu quả làm sạch cho công việc giúp cho mức chi phí giảm

Hình 2 2 Hình logo một số công ty

(Nguồn: Google)

2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT Ở TRONG NƯỚC

Với thị trường thế giới đang ngày càng phát triển các công cụ và robot làm sạch, do đó các công ty trong nước cũng bắt đầu nghiên cứu các giải pháp làm sạch cho tấm pin, nhưng mức độ nghiên cứu robot trong nước chưa nhiều

và phổ biến Các công ty chỉ phân phối các con robot của nước ngoài về để bán cũng như làm sạch trong dịch vụ Công ty VUPHONG SOLAR và Chí Thành Telecom chế tạo thành công robot làm sạch tấm pin và đưa vào áp dụng làm sạch trong công nghiệp và là những công ty đi đầu trong dịch vụ vệ sinh hệ thống tấm pin năng lượng

2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH ĐƯỢC THỰC HIỆN

Phương pháp cơ học:

Có nhiều loại phương pháp cơ học khác nhau được sử dụng để làm sạch bảng năng lượng mặt trời Một vài trong số đó là rung cơ học, làm sạch siêu âm, phun nước, cọ rửa và lau chùi Khi lau chùi được sử dụng để làm sạch, chủ yếu

được thực hiện với sự trợ giúp của bàn chải hoặc máy chà sàn Dùng xô chứa

hoá chất hoà với nước theo tỷ lệ nhất định sau đó lấy các dụng cụ làm sạch

nhúng vào xô và đưa lên chà để làm sạch tấm pin, phương pháp này con người

trực tiếp làm Nhưng phương pháp làm sạch này không hiệu quả vì tính chất

dính và kích thước nhỏ của hạt bụi Người ta cũng thấy rằng điều kiện làm việc

khó khăn và khắc nghiệt của nhà máy điện mặt trời với nhiều bảng pin làm cho

việc bảo trì các máy này trở nên khó khăn, cần số lượng người làm nhiều

Hình 2 3 Làm sạch bằng con người

(Nguồn: Google) Ngoài ra, không thể sử dụng cho trang trại lớn, nhà máy điện mặt trời có

mặt trên một diện tích rất lớn khiến phương pháp làm sạch này trở nên đắt đỏ

và không hiệu quả

- Hệ thống phun nước:

Thường được sử dụng ở những khu vực khô ráo để giữ cho các tấm sạch

sẽ Nó có tác dụng làm sạch tương tự như những cơn mưa và làm sạch các tấm

với chi phí khá thấp Là phần lớn các hệ thống, bao gồm một hệ thống lọc nước

và hệ thống pha chế xà phòng Chất lượng nước nên được kiểm tra và nên xử lý,

do không đảm bảo cho các vị trí có nước chưa được xử lý tốt Mặt khác nước

sạch càng làm giảm độ bám bụi trong nước bám trên bề mặt như

Hình 2 4 Hệ thống làm sạch bằng nước

(Nguồn: Google) Mặc dù đây là một hệ thống làm việc tương đối tốt, phù hợp với những nơi cát khô, các hộ gia đình có tấm pin đặt trên mái Tuy nhiên hệ thống này có một số nhược điểm Trước hết, nó sử dụng rất nhiều nước vì nó làm sạch các tấm nhiều lần trong ngày tùy theo lịch trình Điều này là cần thiết bởi vì, khi các tấm trở nên bẩn hơn, nó trở nên phức tạp hơn đối với các vòi phun nước để loại

bỏ tất cả bụi bẩn Thứ hai, cả bộ lọc và mức độ xà phòng nên được theo dõi và chăm sóc, và điều này dẫn đến việc tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc

Dùng thiết bị máy móc để làm sạch

Ưu điểm của hệ thống này là hiệu quả của phương pháp được sử dụng, nhờ vào con lăn, cải thiện đáng kể hệ thống Nó cũng làm giảm số lượng nhân viên cần thiết để sử dụng hệ thống Bạn có thể tối ưu hóa và giảm việc sử dụng nước mặc dù nó là không hoàn toàn Những nhược điểm trái ngược với các hệ thống trước đây, nó là một hệ thống thô hơn nhiều và do đó cần nhiều không gian hơn để làm việc Kinh nghiệm và đào tạo là một trong những tính năng chính của việc điều hành thiết bị Việc sử dụng con lăn giúp cải thiện hiệu quả làm sạch, nhưng việc sử dụng sai cách này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các tấm kính của pin Dễ làm hỏng hóc các thiết bị

Hình 2 5 Dùng thiết bị máy móc

(Nguồn: Google) Ngoài ra còn có các quá trình thổi không khí trên bề mặt của tấm pin mặt trời là một phương pháp hiệu quả nhưng nó có một số tính năng tiêu cực như hiệu quả thấp, sử dụng năng lượng lớn và khó bảo trì bố trí quạt gió

Loại bỏ bụi bằng cách sử dụng phim Nano

Khi các tấm pin mặt trời có một lớp màng nano dạng viên có khả năng tự làm sạch, nó sẽ tự động làm sạch Phương pháp Tự làm sạch Nano-Films chủ yếu sử dụng hai chiến lược để làm sạch bảng năng lượng mặt trời, đó là vật liệu siêu thấm nước hoặc vật liệu siêu kỵ nước Hai chiến lược này được giải thích dưới đây

Vật liệu siêu thấm nước

TiO2 là một trong những vật liệu siêu ưa nước phổ biến nhất có cả tính chất ưa nước cũng như quang xúc tác Phương pháp này có hai giai đoạn trong quy trình làm sạch của nó Trong giai đoạn đầu tiên, đó là một quá trình quang xúc tác, ánh sáng cực tím rơi vào màng TiO2 và màng phản ứng với nó phân tách các chất hữu cơ trong bụi Bây giờ ở giai đoạn thứ hai, bản chất ưa nước của TiO2 khuếch tán nước mưa lên bề mặt của tấm pin mặt trời và rửa sạch bụi Nhưng phương pháp này không phổ biến vì các nhà máy điện mặt trời chủ yếu nằm ở khu vực khô cằn nơi có lượng mưa rất khan hiếm và thất thường trong tự nhiên

Vật liệu siêu kỵ nước

Siêu kỵ nước là những vật liệu cho thấy mức độ đẩy cao đối với các phân

tử nước, ví dụ lá của cây sen có độ ẩm rất thấp, lớp phủ hỗ trợ công nghệ nano được thiết kế đặc biệt để sử dụng trên các tấm pin mặt trời Sau khi được áp dụng, nó làm thay đổi căn bản bề mặt mang lại cho bề mặt các đặc tính kỵ nước

và tự làm

Hình 2 6 Vật liệu siêu kỵ nước

(Nguồn: Google) Hiệu ứng tự làm sạch của lớp phủ ngăn bụi, phấn hoa, ô nhiễm và phân chim dính vào các tấm pin, giữ cho chúng sạch sẽ, duy trì hiệu quả của chúng, đảm bảo lượng tối đa điện được sản xuất Trong thời gian gần đây, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để tái tạo bản chất kỵ nước bằng cách hình thành các cấu trúc vi mô hoặc cấu trúc nano Các cấu trúc này được thiết kế sao cho chúng tạo ra một góc tiếp xúc hơn 150o Do đó, các giọt nước rơi trên các loại

bề mặt này lăn ra khỏi bề mặt, mang theo các hạt bụi hữu cơ và vô cơ với chúng

Do đó làm sạch bề mặt Nhưng vẫn còn rất nhiều sự hoài nghi trong việc ứng dụng vật liệu siêu kỵ nước trong ứng dụng tự làm sạch Có ý kiến cho rằng các

nghiên cứu trong tương lai nên được tiến hành để xác minh tính khả thi của các loại vật liệu này trong thế giới thực

Loại bỏ bụi bằng phương pháp tĩnh điện

Các công nghệ để loại bỏ bụi bằng phương pháp tĩnh điện chủ yếu dựa trên khái niệm màn điện điện tử của F.B Tatom và NASA vào năm 1967 và được phát triển thêm bởi Masuda tại Đại học Tokyo vào những năm 1970 Trong

kỹ thuật này, các lực điện cơ và dielectro-phoretic được sử dụng để nâng cao và vận chuyển các hạt tích điện và không tích điện Trong thời gian gần đây, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để áp dụng phương pháp này trong ứng dụng không gian, đặc biệt là trong các máy động lực đang được gửi lên mặt trăng và sao hỏa Công nghệ rèm điện sử dụng một loạt các điện cực dẫn song song được nhúng trong bề mặt điện môi Trên bề mặt này một dao động được truyền giữa các thế điện cực Khi các điện cực được kết nối với điện áp xoay chiều một pha, trường sóng đứng được tạo ra Trước đó, người ta tin rằng các trường sóng đứng có thể tạo ra các hạt trên rèm, nhưng không gây ra sự vận chuyển ròng

Nhưng nếu các điện cực được kết nối với điện áp xoay chiều nhiều pha, chúng ta có thể tạo ra một bức màn điện sóng truyền đi Nếu điều kiện tần số và biên độ phải được cung cấp thì hạt tích điện có thể di chuyển dọc theo bề mặt của tấm pin mặt trời theo điện trường Theo cách này, bề mặt của tấm pin mặt trời được làm sạch Mazumder đã thiết kế một màn hình điện động lực linh hoạt

để bảo vệ pin mặt trời trên tàu thám hiểm sao Hỏa dựa trên công nghệ trường sóng di chuyển

Trong phương pháp hút, người ta sử dụng bơm hút và cốc hút Bơm chân không hút không khí ra khỏi cốc và cốc hút bám vào tường do áp suất bên ngoài Một robot leo núi bán độc lập với cốc hút loại quét được tạo ra và thử bởi Tomoaki Yano, Tomohiro Suwa, Masato Muraxami và Takuji Yamamotq Robot này đã sử dụng hai máy bơm chân không

Robot được kết nối với các bánh răng trên mặt đất thông qua dây cáp điện

2 7 CÁC ROBOT LÀM SẠCH PIN HIỆN CÓ

2.7.1 Solar brush UAV Robot

Aerial Power là công ty đầu tiên phát triển phương pháp hoàn toàn tự động dựa trên bay không người lái để làm sạch các tấm pin mặt trời Được gọi

là 'SolarBrush', Máy bay không người lái thích nghi đặc biệt là một cách hiệu quả, bảo trì thấp và thân thiện với môi trường để duy trì hiệu quả trang trại năng lượng mặt trời Solar brush UAV Robot cho đến bây giờ thực hiện việc làm sạch các tấm pin mặt trời theo cách độc đáo

Nhưng nhược điểm là khó điều khiển, làm sạch được bề mặt bụi vừa, những vết bẩn bám khó như phân chim thì ko thể áp dụng, gió mạnh cũng ảnh hưởng lớn đến việc làm sạch của robot

Hình 2 7 Robot UAV

(Nguồn:google) Robot này thực hiện việc làm sạch các tấm quang điện trong không khí Solarbrush

UAV là một máy bay không người lái bao gồm 4 bộ cánh quạt và đuôi,

có một vật liệu cụ thể để thực hiện việc làm sạch các tấm

Phần duy nhất của máy bay không người lái tiếp xúc với bề mặt của bảng quang điện là phần đuôi của nó, theo các nhà phát triển của nó thì đó là lợi thế chính của việc sử dụng robot này, vì với tính năng này khả năng làm hỏng bảng quang điện giảm

2.7.2 Robot Ecoppia E4

Giải pháp làm sạch E4 được thiết kế để làm sạch toàn bộ trang trại năng lượng mặt trời mỗi đêm bằng cách sử dụng một đội robot làm sạch, mỗi nhóm được gán cho một hàng các tấm PV Là một robot hoàn toàn tự động, sử dụng bàn chải sợi nhỏ, hoặc các mảnh vải nhung mềm để quét bụi từ các tấm, được gắn trên một khung di chuyển ngang dọc theo các tấm trong khi các robot khác được trang bị bàn chải xoay, các mảnh nhỏ mềm như vải nhung và máy thổi khí,

di chuyển lên và xuống các tấm để làm sạch chúng

Nó được thiết kế cho các hàng lớn của tấm được đặt trong môi trường khô và cát Robot sử dụng bảng quang điện và pin trên tàu để lưu trữ năng lượng, điều này cho phép robot thực hiện vệ sinh vào ban đêm và việc định vị bảng quang điện ở dưới cùng của đường ray cho phép nó được làm sạch bởi chính robot Chuyển động của robot xảy ra thông qua một đường ray dẫn hướng được

cố định vào cạnh của bảng quang điện Ngoài ra, robot có quyền truy cập từ xa, trong đó các lệnh làm sạch hoặc thống kê làm sạch có thể được lấy từ bất kỳ thiết bị nào được kết nối với internet Cuối cùng, robot được lập trình thông minh để thực hiện việc làm sạch theo các điều kiện khí hậu

Hình 2 8 Ecoppia E4

(Nguồn: google)

2.7 3 SolarDuster

SolarDuster là sản phẩm công nghệ Solar Panel Cleaning hoàn toàn tự

động của MEMIGHTY Nó là một máy robot với bàn chải làm sạch và có bộ

điều khiển IoT (LoRa) để theo dõi và định cấu hình hoạt động của máy từ bất

cứ nơi nào trên thế giới

Giải pháp được mô tả gồm 3 phần chính: SolarDuster – Robot; Cổng

LoRa; Bảng điều khiển web

SolarDuster bao gồm một bảng điều khiển năng lượng mặt trời để sạc lại

pin của chính nó, do đó nó hoàn toàn tự chủ về chức năng Nó có thể phát hiện

vật cản bằng cách sử dụng các cảm biến siêu âm thông minh được sử dụng trong

hỗ trợ đỗ xe tự động của robot

Nó được cài đặt trên các tấm pin mặt trời hiện có (khung Solar Panel)

Theo lịch trình, nó chạy song song với chiều dài của các bảng pin mặt trời và sử

dụng bàn chải nylon mềm xoay, nó làm sạch bề mặt của các tấm pin mặt trời

Nó là một giải pháp làm sạch hoàn toàn không có nước

Hình 2 9 SolarDuster

(Nguồn:google)

2.7.4 Robot Washpanel

Công ty của Ý có tên WashPanel sản xuất robot làm sạch các mảng của

tấm quang điện bằng cách di chuyển một bàn chải thẳng đứng theo chiều ngang

trên một mảng các tấm Robot được lắp đặt để rửa các tấm pin trên mặt đất, cũng như trên mái Robot được định vị đúng vị trí trên tấm pin và được rửa bởi hai người vận hành và được điều khiển bằng công tắc hoặc điều khiển từ xa không dây (tùy chọn) Mỗi bên robot có khả năng điều chỉnh 60 mm, do đó linh hoạt với sự thay đổi về kích thước của các tấm pin Chuyển động của nó là độc lập thông qua pin sạc Sẵn sàng cho mọi nguồn cung cấp điện bên ngoài Ngoài ra nước được cung cấp qua các vòi dẫn, nước được phun đều hạt nhỏ qua các lỗ được thiết kế trên robot nhằm rửa sạch bụi

Robot được trang bị bàn chải mềm không trầy xước, dễ dàng thay thế cho nhau, nhưng có khả năng loại bỏ bụi bẩn cao Robot được gắn một vòi nước để làm ướt các tấm trong quá trình vệ sinh Robot Washpanel có giao diện nơi có thể lập trình hệ thống rửa, nó có hệ thống pin với tải tự động để thực hiện chuyển động Nó cũng có cảm biến mưa, điện áp và máy đo gió

Hình 2 10 Robot Washpanel

(Nguồn: google)

2.7.5 Hệ thống robot làm sạch NOMADD

Giống như robot Ecoppia E4 đã đề cập trước đó, Thiết bị quét bụi tự động

cơ học (NOMADD), là một robot được thiết kế đặc biệt để loại bỏ bụi tích tụ từ các mảng bảng quang điện ở sa mạc mà không cần sử dụng nước Đây là một hệ thống được thiết kế, phát triển và thử nghiệm ở Ả Rập Saudi cho các điều kiện

sa mạc khắc nghiệt nhất

Ngoài việc không sử dụng nước để làm sạch các tấm quang điện, robot NOMADD còn đưa ra một số tính năng như bảng điều khiển năng lượng mặt trời hoàn toàn tự động và được điều khiển từ xa, có khả năng tồn tại trong điều kiện bất lợi do sự thích nghi mạnh mẽ của nó và có khả năng làm sạch một loạt các tấm quang điện Thiết bị có thể "nâng lên" trên các đường ray bị lệch bằng cách tự động thay đổi góc, có thể thay đổi khoảng cách chiều dài của thiết bị để phù hợp với tấm pin

Kích thước: Dài 1 - 6m, rộng 500 mm, cao 400 mm, nặng 15-30kg Hiệu suất làm sạch 0,3-0,6 m/s

Chiều dài hàng >1 km

Hình 2 11 Robot NOMADD

(Nguồn: google)

2.7.6 Robot GEKKO Solar:

Robot GEKKO Solar được thiết kế để làm sạch các tấm pin trên đỉnh mái

và các trang trại năng lượng mặt trời, rất khó tiếp cận Nó nhỏ gọn, linh hoạt và

có thể dễ dàng di chuyển từ nơi này sang nơi khác Do đó, nó phù hợp nhất cho các công ty vệ sinh, cung cấp dịch vụ của họ cho các chủ sở hữu nhà máy pin mặt trời

Việc cho phép các đơn vị robot di chuyển trên các tấm pin mặt trời nghiêng là một thách thức kỹ thuật Tuy nhiên, các nhà phát triển tại Serbot đã đưa ra một giải pháp thiết kế rất sáng tạo Điều này bao gồm việc gắn 20 chân hút vào hai khung mang hình quả thận được nối với nhau bằng một cây cầu Các ống hút cho phép robot làm sạch nhỏ bám chặt, nhưng làm cho nó di chuyển đòi hỏi những ý tưởng sáng tạo hơn nữa

Các chân được gắn vào hai rãnh xích quanh thân, cho phép robot tiến về phía trước như một phương tiện theo dõi Hai rãnh xích được sắp xếp theo hai hướng ngược nhau; chuyển động về phía trước đạt được bằng cách kích hoạt các ống hút theo một hướng di chuyển, trong khi chuyển động ngược lại đạt được với các ống hút được nâng lên

Điều này cho phép robot nhỏ di chuyển dọc và làm sạch toàn bộ các hàng pin mặt trời GEKKO thực hiện chuyển đổi giữa các mô-đun riêng lẻ một cách độc lập; nó cũng nhận ra khi nó đạt đến một điểm mà nó không thể đi xa hơn Nếu một bàn chân không thể có được độ bám, tức là nếu robot không thể tạo chân không trong vòng hai giây, nó sẽ rút Nếu chân thứ hai và thứ ba cũng không thể tìm thấy độ bám phù hợp, hệ thống điều khiển được hướng dẫn để tìm tuyến đường mới Điều này sau đó được chỉ định bởi nhà điều hành thông qua một phím điều khiển và được lưu

Hình 2 12 Chân của Robot GEKKO

(Nguồn: google)

Với các giải pháp kỹ thuật sáng tạo của mình, Serbot rõ ràng được thiết lập để phát triển Số lượng ngày càng tăng của các công viên năng lượng mặt trời lớn, đặc biệt là ở các khu vực có vấn đề ô nhiễm đặc biệt, làm tăng nhu cầu

về các giải pháp làm sạch hiệu quả Rất có khả năng GEKKOS từ Serbot sẽ phổ biến quanh nhiều nhà máy điện quy mô lớn mới này, thậm chí nhiều năng lượng hơn từ các nguồn năng lượng thay thế có thể được đưa vào cho mạng lưới cung cấp

Robot làm sạch đặc biệt này có thể sớm đưa vào trong lĩnh vực làm sạch tấm pin Chúng di chuyển trên các bề mặt pin của toàn bộ các tấm pin mặt trời một cách tự động và rửa lá cây, phấn hoa, cát và bụi từ bề mặt bảng và khung Gia đình robot GEKKO từ công ty Serbot AG của Thụy Sĩ là một sự phát triển mới đặc biệt thú vị Các bộ phận mang hình tròn này có thể được trang bị tất cả các loại phụ kiện làm sạch, chẳng hạn như bàn chải và cần gạt nước, để làm sạch các mô đun PV tinh tế một cách hiệu quả mà vẫn nhẹ nhàng

Hiệu suất của robot đạt tới 400 m2 mỗi giờ Hiệu quả gấp 4 lần so với thủ công Đó là một lựa chọn tốt cho việc lắp đặt trên mái mở rộng, trong đó việc làm sạch bằng tay là khó khả thi.GEKKO Solar làm sạch nghiêm ngặt bằng cách xoay bàn chải, tạo áp lực không đổi lên các tấm và sử dụng nước khử khoáng

Hình 2 13 Robot GEKKO đang làm sạch tấm pin

(Nguồn:google)

GEKKO Solar thường được sử dụng cùng với nền tảng làm việc di động

Từ đây, người vận hành có thể nâng robot thoải mái lên mái nhà và điều khiển

nó bằng radio bằng cần điều khiển, robot có thể đi trên mái dốc 450 Có một chiếc xe đẩy nhỏ để cung cấp nước cho một ống có chiều dài khoảng 100 m

GEKKO Solar cũng phù hợp cho các trang trại năng lượng mặt trời nhỏ với các tấm hẹp Trong trường hợp này, một toa xe hỗ trợ cung cấp nước, năng lượng điện và không khí điều áp đảm bảo hoạt động độc lập

2.7.7 Robot hyCLEANER

Robot hyCLEANER có 1 bàn chải và di chuyển trên bánh đai được cung cấp nước theo vòi dẫn nước Dùng bộ điều khiển không dây để điều khiển dẫn hướng cho robot Di chuyển bằng đai cho phép độ bám bề mặt tốt hơn do bề mặt đai tiếp xúc nhiều Robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời được vận hành một cách dễ dàng thông qua thiết bị điều khiển từ xa lên đến 100m Dây dẫn nước thiết kế cuộn tròn nhằm cung cấp dây khi di chuyển được trang bị trên robot

Tốc độ di chuyển có thể điều chỉnh một cách đơn giản

Chổi vệ sinh thiết kế như bàn chải nên vệ sinh rất sạch và diện tích tiếp xúc lớn

Chổi vệ sinh hổ trợ giúp làm sạch vệ sinh các góc cạnh của tấm pin

Dễ dàng vận hành và không mất nhiều sức khỏe cho người sử dụng do

đó hiệu quả làm sạch cao và có thể làm việc từ sáng đến tối

Có thể làm sạch trên các khung sườn

Hình 2 14 Robot hyCLEANER

(Nguồn: google)

Tải trọng tiếp xúc bề mặt thấp hơn so với tải trọng của gió

Dễ dàng di chuyển qua lại giữa các module (30 cm)

Có thể sử dụng nước mưa, nước máy hoặt nước kỹ thuật chuyên dụng

Dễ dàng thay đổi các tấm lót trên bánh chạy của xe

so với các máy làm sạch hiện tại Có thể làm sạch bằng sử dụng nước hoặc không, áp lực nước 2,5-5 bar, vòi phun có thể điều chỉnh lượng nước tiêu thụ

Hình 2 15 Robot SolarCleano

(Nguồn: google)

Chiều dài 1450mm, chiều rộng 1300mm, chiều cao 350mm, bàn chải rộng 1,2-2m

Tổng trọng lượng của robot là 60kg, đơn giản để một người mang theo vì

nó có thể tháo rời và hoạt động trong vòng chưa đầy 10 phút và hoạt động trên pin lâu dài

Robot SolarCleano được quản lý từ xa bằng điều khiển từ xa, do đó không

có rủi ro khi làm việc ở độ cao cho người vận hành và không có nguy cơ làm hỏng các tấm bằng cách dậm chân Một camera được cài đặt trên đỉnh của robot cung cấp cho người dùng một trường hình ảnh đầy đủ, phạm vi điều khiển 200m Được cung cấp các kích cỡ và loại bàn chải khác nhau để sử dụng có hoặc không

có nước Các lông xoắn ốc kép cho phép phủ bụi bẩn ngay khi bàn chải đầu tiên

đi qua

Về chuyên môn của nó là vệ sinh bảng điều khiển năng lượng mặt trời, làm sạch quang điện, xử lý bởi một người, leo dốc 25°, tốc độ 31 m/phút, robot điều khiển từ xa, chạy bằng pin

2.8 DÙNG CÁC HOÁ CHẤT ĐỂ TẨY RỬA

Do bề mặt bảo vệ pin mặt trời là kính nên các hoá chất được dùng là chuyên rửa kính Hiện nay trên thị trường có nhiều loại hoá chất tẩy rửa kính khác nhau

Tính chất của các loại hoá chất tẩy rửa kính không ăn mòn kim loại, kính và nhựa cả trong sử dụng thông thường và phơi ngoài ánh sáng

Hình 2 16 Nước tẩy rửa

- Bảo vệ bề mặt kính với chất chống ăn mòn

Hoá chất là loại nước giúp tăng khả năng làm sạch kính, nhưng khi sử dụng nên phân tích xem việc cân nhắc sử dụng hoá chất do vấn đề môi trường Bảo

vệ môi trường là yếu tố cần thiết, kính mặt trời tạo ra để tạo ra năng lượng sạch giúp giải quyết điện cũng như tạo ra môi trường lành mạnh Vì vậy nước tẩy rửa chỉ nên sử dụng khi cần thiết với việc đánh giá các khối lượng bẩn và loại tích

tụ lượng bẩn của kính như rêu hay phân chim.v.v.v Thêm nữa là dùng hoá chất

sẽ phải cần dùng nước nhiều để loại bỏ hoá chất khỏi bề mặt, nếu không loại bỏ hoá chất sẽ bám vào bề mặt khi đó cộng thêm ảnh hưởng của nắng mặt trời làm cho nước hoá chất bám chặt vào kính hơn, gây ra khó vệ sinh sau này

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Để lựa chọn thiết kế tốt nhất cần đưa ra các tiêu chí sau:

Mức độ linh hoạt: Là thiết kế có thể sử dụng được cho các cấu hình bảng khác nhau, như độ nghiêng, kích thước, khoảng cách của các tấm Vận chuyển thiết bị qua lại và tính tương thích mức độ phù hợp của nó, ví dụ trên mái nhà trung bình của gia đình, của doanh nghiệp v.v, đặt hàng loạt nhiều dãy pin, tấm pin đặt trên biển, trên sa mạc

Kích thước: Thiết bị cần lớn hay nhỏ, phù hợp với quy mô và hiệu suất Khu vực vệ sinh: Khu vực nào thiết bị có thể làm sạch tương đối với kích thước riêng của nó Đối với mỗi tiêu chí, có các thiết kế khác nhau

3.1 ĐÁNH GIÁ CƠ CẤU DI CHUYỂN VÀ CƠ CẤU VỆ SINH

3.1.1 Đường ray ngang chổi lau dọc

Robot được thiết kế một bàn chải được sắp xếp theo chiều ngang và được gắn trên một cấu trúc có thể di chuyển theo chiều dọc chạy từ trên xuống dưới

và ngược lại trên con robot có một hệ thống đường ray chạy ngang Mặc dù điều này làm cho thiết kế phức tạp hơn nhưng nó có thể quét bụi dễ dàng hơn bằng cách chỉ cần quét nó xuống và bụi bay ra khỏi bảng điều khiển

Hình 3 1 Hướng di chuyển ngang bàn chải chạy dọc của robot

Ưu điểm: Không dùng nước, ổn định hơn, chi phí rẻ, cấu hình đơn giản Nhược điểm: Kích thước đường ray cố định khi di chuyển trên tấm bảng, làm sạch lâu hơn do kích thước bàn chải nhỏ