MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH 1 DANH MỤC BẢNG 1 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Đặc điểm cánh đồng mặt trời tại Bình Phước 1 1.2. Kích thước một cụm (Table) 3 1.3. Kích thước một tấm pin (panel) 5 1.4. Tổng quan các nghiên cứu về phương pháp và thiết bị làm sạch pin năng lượng mặt trời 6 1.4.2. Tổng quan các vật chở xử lí dụng cụ và chất làm sạch 9 1.4.3. Sơ lược về các nguyên lý di chuyển 16 1.1.1. Robot di chuyển theo 1 chiều Y (1 DOF) 20 1.1.2. Robot di chuyển di động trên mặt phẳng XY (mobile robot) 38 1.5. Xác định đầu bài 40 PHẦN 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 41 2.1. Phương án cơ khí 41 2.1.1. Phương án làm sạch 41 2.1.2. Phương án vật chở 48 2.1.3. Phương án sơ đồ di chuyển 50 2.1.4. Chọn phương án vượt gap 59 2.1.5. Sơ đồ nguyên lý 63 2.1.6. Mạch thủy lực cấp nước 63 2.2. Phương án điều khiển 64 2.2.1. Điều khiển vòng hở 64 2.2.2. Điểu khiển vòng kín 64 2.2.3. Kết luận 66 PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 67 3.1. Tính toán cơ khí 67 3.1.1. Tính toán chọn động cơ 67 3.1.2. Tính toán đai truyền động từ động cơ xuống bánh xe 72 3.1.3. Tính toán đai truyền động giữa 2 trục bánh xe: 74 3.1.4. Tính toán khớp nối trục di động 77 3.1.5. Tính toán trục dẫn động chính 77 3.1.6. Kiểm nghiệm then tại các vị trí 82 3.2. Phần mạch điện 84 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống 84 3.2.2. Các thiết bị chính dùng trong hệ thống 85 3.3. Phần điều khiển và lập trình 91 3.3.1. Điều khiển vận tốc động cơ di chuyển 91 c. Giải thuật PID 92 3.3.2. Điều khiển vận tốc động cơ xoay chổi quét 94 3.3.3. Điều khiển chế độ phun nước 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 KẾT LUẬN 98 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình chiếu bằng của cánh đồng 2 Hình 1.2 Công nhân trực tiếp vận hành 2 Hình 1.3 Tình trạng bụi trên panel 3 Hình 1.4 Đường đất lối đi tại cánh đồng 3 Hình 1.5 Hình chiếu bằng 4 cụm pin 4 Hình 1.6 Hình chiếu cạnh Table 4 Hình 1.7 Khoảng cách, góc nghiêng giữa 2 table 5 Hình 1.8 Khoảng hở nối tiếp giữa 2 panel liền kề 6 Hình 1.9 Độ mấp mô của hệ đỡ tấm pin 6 Hình 1.10 Sử dụng hệ vòi phun gắn ở các góc cạnh của tấm panel. 7 Hình 1.11 Sử dụng tia nước phun trực tiếp từ robot. 7 Hình 1.12 Robot có gắn chổi lau để vệ sinh (dạng chổi có trục quay). 7 Hình 1.13 Chổi lau không có trục xoay 8 Hình 1.14 Một số loại hóa chất sử dụng trong việc làm sạch solar panel. 8 Hình 1.15 Minh họa các đầu máy hút bụi sử dụng. 9 Hình 1.16 Các cấu phần chính của xe vệ sinh 9 Hình 1.17 Chổi lau lớn gắn với xe 10 Hình 1.18 Kích thước lối đi dành cho xe 11 Hình 1.19 Hệ thống ống nước và vòi phun làm sạch panel 12 Hình 1.20 Robot mang chổi khô chạy dọc theo chiều dài panel 13 Hình 1.21 Robot mang theo ống hệ thống phun nước chạy dọc theo table 13 Hình 1.22 Robot đẩy chổi di chuyển trên bề mặt panel 14 Hình 1.23 Robot sử dụng nguyên tắc hút bụi để làm sạch panel 14 Hình 1.24 Ống nước được lắp để Drone mang theo trên hành trình di chuyển 15 Hình 1.25 Drone mang theo chổi và ống nước làm sạch bề mặt 16 Hình 1.26 Ecoppia E4 Robot 17 Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý của Ecoppia E4 Robot 17 Hình 1.28 Cấu tạo 2 phần của Ecoppia E4 Robot 18 Hình 1.29 Hệ thống ròng rọc của E4 18 Hình 1.30 Khung lớn gá trên panel và robot gá trên khung lớn 19 Hình 1.31 Cụm chổi quay của E4 19 Hình 1.32 Dock cố định, có mái che của E4 20 Hình 1.33 Boson Robot, Trung Quốc 21 Hình 1.34 Sơ đồ nguyên lý của Boson Robot 21 Hình 1.35 Sai số lắp ghép do hệ tấm pin 22 Hình 1.36 Khả năng vượt gap của Boson Robot 22 Hình 1.37 Vị trí lắp đặt pin cung cấp năng lượng cho robot 23 Hình 1.38 Robot PV khi đang hoạt động vệ sinh panel. 24 Hình 1.39 Sơ đồ nguyên lý Uprun 25 Hình 1.40 Động cơ và cơ cấu truyền động từ động cơ sang các trục 26 Hình 1.41 Hệ thống truyền động cho chổi 26 Hình 1.42 Hệ thống truyền động cho bánh xe 27 Hình 1.43 Hệ thống bánh xe truyền động và tiếp xúc với thành panel. 27 Hình 1.44 Hệ thống bánh xe lắp ở giữa robot. 28 Hình 1.45 Hệ thống chổi xoay và đường ống cấp nước. 28 Hình 1.46 Tấm bạt được trang bị phía sau robot. 29 Hình 1.47 Sunbot v1 Robot 30 Hình 1.48 Sơ đồ nguyên lý Sunbot 30 Hình 1.49 Thân chổi dưới thân robot 31 Hình 1.50 Di chuyển trên mép 32 Hình 1.51 Di chuyển trên thanh ray (màu nâu) 32 Hình 1.52 Các bánh xe phụ (khoanh đỏ) 32 Hình 1.53 Dock phụ trợ 33 Hình 1.54 Washpanel Evo400 34 Hình 1.55 Sơ đồ nguyên lý của Washpanel Evo400 34 Hình 1.56 Hệ thống đai truyền động cho bánh xe 35 Hình 1.57 Bộ truyền đai truyền động từ động cơ 35 Hình 1.58 Cấu tạo của Washpanel evo400 36 Hình 1.59 Động cơ của robot 36 Hình 1.60 Cơ cấu bánh đai giúp robot di chuyển 37 Hình 1.61 Hệ thống bánh chống trượt 37 Hình 1.62 Dock di chuyển robot 38 Hình 1.63 Mobile Robot HyCleaner, Đức 39 Hình 1.64 Sơ đồ nguyên lý của mobile robot 39 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí các table 51 Hình 2.2 Các kích thước table được dùng ở cánh đồng 52 Hình 2.3 Trình tự di chuyển của table 52 Hình 2.4 Sơ đồ đặt các trạm dừng trên cánh đồng pin 53 Hình 2.5 Sơ đồ làm sạch mỗi table một lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên trái trên cùng 54 Hình 2.6 Sơ đồ làm sạch mỗi table một lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên phải trên cùng 55 Hình 2.7 Sơ đồ làm sạch mỗi table hai lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên trái trên cùng 56 Hình 2.8 Sơ đồ làm sạch mỗi table hai lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên phải trên cùng 57 Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển của dock ở hai bên của cánh đồng 58 Hình 2.10 Sử dụng xe nâng (trái) và cần cẩu (phải) 60 Hình 2.11 Thép thanh ray sử dụng 60 Hình 2.12 Mô tả một số bánh ray sử dụng 61 Hình 2.13 Mô tả phần vượt gap bằng thanh ray giữa 2 tấm pin (với hình chiếu bằng và hình chiếu đứng 61 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý di chuyển của Cleaner 63 Hình 2.15 Mạch thủy lực cấp nước vệ sinh cho Cleaner 64 Hình 2.16 Điều khiển vòng hở 64 Hình 2.17 Điều khiển vòng kín 64 Hình 2.18 Điều khiển tập trung 65 Hình 2.19 Điều khiển phân cấp 65 Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn bộ mạch điện 85 Hình 3.2 Sơ đồ chân ra của PIC 16877A 86 Hình 3.3 Sơ đồ chân của 87 Hình 3.4 Kích thước Encoder sử dụng trong hệ thống 88 Hình 3.5 Sơ đồ chân của driver XY160D 89 Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ di chuyển đưa Cleaner đi lên dãy table 91 Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ di chuyển đưa Cleaner đi xuống dãy table 92 Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển vòng kín bằng PID 93 Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật PID 94 Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ xoay chổi 95 Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ tắt mở valve xả nước 96 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các đặc điểm của cánh đồng 1 Bảng 1.2 Kích thước một table 3 Bảng 1.3 Thông số của một panel 5 Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của Ecoppia E4 20 Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của Boson Robot 23 Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của Uprun robot 29 Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật của Uprun robot 33 Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật của Washpanel Evo 400 38 Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật của robot HyCleaner 40 Bảng 1.10 Thông số yêu cầu cho cleaner 40 Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án làm sạch 47 Bảng 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của các vật chở 48 Bảng 2.3 Uu nhược điểm của các phương án di chuyển 59 Bảng 2.4 Ưu nhược điểm các phương án vượt gap 61 Bảng 2.5 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án cấu trúc điều khiển 66 Bảng 3.1 Các thông số của vi điều khiển liên quan đến hệ thống 86 Bảng 3.2 Các thông số của động cơ liên quan đến hệ thống 87 Bảng 3.3 Chức năng các chân của QS909 có liên quan đến hệ thống 88 Bảng 3.4 Các thông số của Encoder được liên quan đến hệ thống 89 Bảng 3.5 Các thông số của động cơ liên quan đến hệ thống 89 Bảng 3.6 Các thông số của XY160D liên quan đến hệ thống 90 TỔNG QUAN Đặc điểm cánh đồng mặt trời tại Bình Phước Bảng 1.1 Các đặc điểm của cánh đồng Thông số Giá trị Tổng diện tích 7776〖 m〗2 Tổng diện tích pin cần vệ sinh 6048〖 m〗2 Số lượng dãy 11 Số lượng table dãy 24 Số lượng panel table 84 Địa hình Đường đất dốc, không bằng phẳng Đường giao thông nội bộ Đường rộng 3 m, có rải đá dăm Mạng lưới nước 1 đường ống nước dãy Mạng lưới điện 1 ổ điện cánh đồng Nhiệt độ 35℃ Tình trạng bụi Cát, bụi đường, bụi mịn, không có bụi xây dựng Nhân công 2 người Thời gian làm việc 1 ngày Thời gian làm việc trong năm Chỉ vệ sinh vào mùa khô
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT VỆ SINH TẤM PIN
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Giảng viên hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Tấn Tiến
TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC HÌNH 1
DANH MỤC BẢNG 1
PHẦN 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặc điểm cánh đồng mặt trời tại Bình Phước 1
1.2 Kích thước một cụm (Table) 3
1.3 Kích thước một tấm pin (panel) 5
1.4 Tổng quan các nghiên cứu về phương pháp và thiết bị làm sạch pin năng lượng mặt trời 6
1.4.2 Tổng quan các vật chở xử lí dụng cụ và chất làm sạch 9
1.4.3 Sơ lược về các nguyên lý di chuyển 16
1.1.1 Robot di chuyển theo 1 chiều Y (1 DOF) 20
1.1.2 Robot di chuyển di động trên mặt phẳng XY (mobile robot) 38
1.5 Xác định đầu bài 40
PHẦN 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 41
2.1 Phương án cơ khí 41
2.1.1 Phương án làm sạch 41
2.1.2 Phương án vật chở 48
2.1.3 Phương án sơ đồ di chuyển 50
2.1.4 Chọn phương án vượt gap 59
2.1.5 Sơ đồ nguyên lý 63
2.1.6 Mạch thủy lực cấp nước 63
2.2 Phương án điều khiển 64
2.2.1 Điều khiển vòng hở 64
2.2.2 Điểu khiển vòng kín 64
2.2.3 Kết luận 66
PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 67
3.1 Tính toán cơ khí 67
Trang 33.1.1 Tính toán chọn động cơ 67
3.1.2 Tính toán đai truyền động từ động cơ xuống bánh xe 72
3.1.3 Tính toán đai truyền động giữa 2 trục bánh xe: 74
3.1.4 Tính toán khớp nối trục di động 77
3.1.5 Tính toán trục dẫn động chính 77
3.1.6 Kiểm nghiệm then tại các vị trí 82
3.2 Phần mạch điện 84
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 84
3.2.2 Các thiết bị chính dùng trong hệ thống 85
3.3 Phần điều khiển và lập trình 91
3.3.1 Điều khiển vận tốc động cơ di chuyển 91
c Giải thuật PID 92
3.3.2 Điều khiển vận tốc động cơ xoay chổi quét 94
3.3.3 Điều khiển chế độ phun nước 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97
KẾT LUẬN 98
Trang 4DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Hình chiếu bằng của cánh đồng 2
Hình 1.2 Công nhân trực tiếp vận hành 2
Hình 1.3 Tình trạng bụi trên panel 3
Hình 1.4 Đường đất lối đi tại cánh đồng 3
Hình 1.5 Hình chiếu bằng 4 cụm pin 4
Hình 1.6 Hình chiếu cạnh Table 4
Hình 1.7 Khoảng cách, góc nghiêng giữa 2 table 5
Hình 1.8 Khoảng hở nối tiếp giữa 2 panel liền kề 6
Hình 1.9 Độ mấp mô của hệ đỡ tấm pin 6
Hình 1.10 Sử dụng hệ vòi phun gắn ở các góc cạnh của tấm panel 7
Hình 1.11 Sử dụng tia nước phun trực tiếp từ robot 7
Hình 1.12 Robot có gắn chổi lau để vệ sinh (dạng chổi có trục quay) 7
Hình 1.13 Chổi lau không có trục xoay 8
Hình 1.14 Một số loại hóa chất sử dụng trong việc làm sạch solar panel 8
Hình 1.15 Minh họa các đầu máy hút bụi sử dụng 9
Hình 1.16 Các cấu phần chính của xe vệ sinh 9
Hình 1.17 Chổi lau lớn gắn với xe 10
Hình 1.18 Kích thước lối đi dành cho xe 11
Hình 1.19 Hệ thống ống nước và vòi phun làm sạch panel 12
Hình 1.20 Robot mang chổi khô chạy dọc theo chiều dài panel 13
Hình 1.21 Robot mang theo ống hệ thống phun nước chạy dọc theo table 13
Hình 1.22 Robot đẩy chổi di chuyển trên bề mặt panel 14
Hình 1.23 Robot sử dụng nguyên tắc hút bụi để làm sạch panel 14
Hình 1.24 Ống nước được lắp để Drone mang theo trên hành trình di chuyển 15
Hình 1.25 Drone mang theo chổi và ống nước làm sạch bề mặt 16
Hình 1.26 Ecoppia E4 Robot 17
Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý của Ecoppia E4 Robot 17
Hình 1.28 Cấu tạo 2 phần của Ecoppia E4 Robot 18
Trang 5Hình 1.29 Hệ thống ròng rọc của E4 18
Hình 1.30 Khung lớn gá trên panel và robot gá trên khung lớn 19
Hình 1.31 Cụm chổi quay của E4 19
Hình 1.32 Dock cố định, có mái che của E4 20
Hình 1.33 Boson Robot, Trung Quốc 21
Hình 1.34 Sơ đồ nguyên lý của Boson Robot 21
Hình 1.35 Sai số lắp ghép do hệ tấm pin 22
Hình 1.36 Khả năng vượt gap của Boson Robot 22
Hình 1.37 Vị trí lắp đặt pin cung cấp năng lượng cho robot 23
Hình 1.38 Robot PV khi đang hoạt động vệ sinh panel 24
Hình 1.39 Sơ đồ nguyên lý Uprun 25
Hình 1.40 Động cơ và cơ cấu truyền động từ động cơ sang các trục 26
Hình 1.41 Hệ thống truyền động cho chổi 26
Hình 1.42 Hệ thống truyền động cho bánh xe 27
Hình 1.43 Hệ thống bánh xe truyền động và tiếp xúc với thành panel 27
Hình 1.44 Hệ thống bánh xe lắp ở giữa robot 28
Hình 1.45 Hệ thống chổi xoay và đường ống cấp nước 28
Hình 1.46 Tấm bạt được trang bị phía sau robot 29
Hình 1.47 Sunbot v1 Robot 30
Hình 1.48 Sơ đồ nguyên lý Sunbot 30
Hình 1.49 Thân chổi dưới thân robot 31
Hình 1.50 Di chuyển trên mép 32
Hình 1.51 Di chuyển trên thanh ray (màu nâu) 32
Hình 1.52 Các bánh xe phụ (khoanh đỏ) 32
Hình 1.53 Dock phụ trợ 33
Hình 1.54 Washpanel Evo-400 34
Hình 1.55 Sơ đồ nguyên lý của Washpanel Evo-400 34
Hình 1.56 Hệ thống đai truyền động cho bánh xe 35
Hình 1.57 Bộ truyền đai truyền động từ động cơ 35
Hình 1.58 Cấu tạo của Washpanel evo-400 36
Trang 6Hình 1.59 Động cơ của robot 36
Hình 1.60 Cơ cấu bánh đai giúp robot di chuyển 37
Hình 1.61 Hệ thống bánh chống trượt 37
Hình 1.62 Dock di chuyển robot 38
Hình 1.63 Mobile Robot HyCleaner, Đức 39
Hình 1.64 Sơ đồ nguyên lý của mobile robot 39
Hình 2.1 Sơ đồ bố trí các table 51
Hình 2.2 Các kích thước table được dùng ở cánh đồng 52
Hình 2.3 Trình tự di chuyển của table 52
Hình 2.4 Sơ đồ đặt các trạm dừng trên cánh đồng pin 53
Hình 2.5 Sơ đồ làm sạch mỗi table một lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên trái trên cùng 54
Hình 2.6 Sơ đồ làm sạch mỗi table một lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên phải trên cùng 55
Hình 2.7 Sơ đồ làm sạch mỗi table hai lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên trái trên cùng 56
Hình 2.8 Sơ đồ làm sạch mỗi table hai lần bắt đầu từ phía Bắc và đi từ trạm dừng bên phải trên cùng 57
Hình 2.9 Sơ đồ di chuyển của dock ở hai bên của cánh đồng 58
Hình 2.10 Sử dụng xe nâng (trái) và cần cẩu (phải) 60
Hình 2.11 Thép thanh ray sử dụng 60
Hình 2.12 Mô tả một số bánh ray sử dụng 61
Hình 2.13 Mô tả phần vượt gap bằng thanh ray giữa 2 tấm pin (với hình chiếu bằng và hình chiếu đứng 61
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý di chuyển của Cleaner 63
Hình 2.15 Mạch thủy lực cấp nước vệ sinh cho Cleaner 64
Hình 2.16 Điều khiển vòng hở 64
Hình 2.17 Điều khiển vòng kín 64
Hình 2.18 Điều khiển tập trung 65
Hình 2.19 Điều khiển phân cấp 65
Trang 7Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn bộ mạch điện 85
Hình 3.2 Sơ đồ chân ra của PIC 16877A 86
Hình 3.3 Sơ đồ chân của 87
Hình 3.4 Kích thước Encoder sử dụng trong hệ thống 88
Hình 3.5 Sơ đồ chân của driver XY-160D 89
Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ di chuyển đưa Cleaner đi lên dãy table 91
Hình 3.7 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ di chuyển đưa Cleaner đi xuống dãy table 92
Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển vòng kín bằng PID 93
Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật PID 94
Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ xoay chổi 95
Hình 3.11 Lưu đồ giải thuật điều khiển chế độ tắt mở valve xả nước 96
Trang 8DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Các đặc điểm của cánh đồng 1
Bảng 1.2 Kích thước một table 3
Bảng 1.3 Thông số của một panel 5
Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của Ecoppia E4 20
Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của Boson Robot 23
Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của Uprun robot 29
Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật của Uprun robot 33
Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật của Washpanel Evo 400 38
Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật của robot HyCleaner 40
Bảng 1.10 Thông số yêu cầu cho cleaner 40
Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án làm sạch 47
Bảng 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của các vật chở 48
Bảng 2.3 Uu nhược điểm của các phương án di chuyển 59
Bảng 2.4 Ưu nhược điểm các phương án vượt gap 61
Bảng 2.5 Ưu điểm và nhược điểm của các phương án cấu trúc điều khiển 66
Bảng 3.1 Các thông số của vi điều khiển liên quan đến hệ thống 86
Bảng 3.2 Các thông số của động cơ liên quan đến hệ thống 87
Bảng 3.3 Chức năng các chân của QS909 có liên quan đến hệ thống 88
Bảng 3.4 Các thông số của Encoder được liên quan đến hệ thống 89
Bảng 3.5 Các thông số của động cơ liên quan đến hệ thống 89
Bảng 3.6 Các thông số của XY-160D liên quan đến hệ thống 90
Trang 9Địa hình Đường đất dốc, không bằng phẳng
Đường giao thông nội bộ Đường rộng 3 m, có rải đá dăm
Mạng lưới nước 1 đường ống nước/ dãy
Mạng lưới điện 1 ổ điện/ cánh đồng
Tình trạng bụi Cát, bụi đường, bụi mịn, không có
bụi xây dựng
Thời gian làm việc trong năm Chỉ vệ sinh vào mùa khô
Trang 10Hình 1.1 Hình chiếu bằng của cánh đồng
Hình 1.2 Công nhân trực tiếp vận hành
Trang 11Hình 1.3 Tình trạng bụi trên panel
Đường đất dốc, không bằng phẳng và nhỏ hẹp khi đi giữa 2 dãy pin Vì vậy, phương tiện vận chuyển chỉ di chuyển dọc trục đường chính
Hình 1.4 Đường đất lối đi tại cánh đồng
1.2 Kích thước một cụm (Table)
Bảng 1.2 Kích thước một table
Trang 12Chiều rộng 8 m
Khoảng cách giữa 2 table liền kề (gap) 0.5 m
Góc nghiêng theo hướng Bắc - Nam 11 °
Góc nghiêng theo hướng Đông Tây 0 ° − 10 °
Hình 1.5 Hình chiếu bằng 4 cụm pin
Hình 1.6 Hình chiếu cạnh Table
Trang 13Hình 1.7 Khoảng cách, góc nghiêng giữa 2 table
1.3 Kích thước một tấm pin (panel)
Bảng 1.3 Thông số của một panel
Bề rộng thành (chiếu từ trên xuống) 20 mm
Khoảng cách giữa 2 tấm pin liền kề 1 − 10 mm
Độ không đồng phẳng giữa 2 tấm pin liền kề 1 − 2 mm
Trang 14a Hình thực tế b Hình vẽ
Hình 1.8 Khoảng hở nối tiếp giữa 2 panel liền kề
Độ mấp mô từ việc cố định panel lên hệ đỡ tấm pin nhỏ, do vị trí cố định nằm hoàn toàn ở dưới panel
a Phia dưới panel b Cố định bằng móc
Hình 1.9 Độ mấp mô của hệ đỡ tấm pin
1.4 Tổng quan các nghiên cứu về phương pháp và thiết bị làm sạch pin năng lượng mặt trời
1.4.1.1 Sơ lược về cơ chế và thiết bị làm sạch
Phần này sẽ trình bày một số cơ chế và thiết bị làm sạch pin năng lượng mặt trời
1.4.1.2 Làm sạch bằng tia nước
Phương pháp này chỉ sử dụng nước có áp lực cao, phun trực tiếp vào tấm pin
để làm sạch bụi bẩn bám trên bề mặt mà không có sự tiếp xúc với bề mặt tấm pin,
có nhiều cách khác nhau để thực hiện công việc này, chẳng hạn
Trang 15Hình 1.10 Sử dụng hệ vòi phun gắn ở các góc cạnh của tấm panel
Hình 1.11 Sử dụng tia nước phun trực tiếp từ robot
1.4.1.3 Sử dụng chổi lau và nước
Phương pháp sử dụng nước và chổi lau tiếp xúc trực tiếp lên bề mặt tấm pin
để thực hiện công việc vệ sinh Chổi lau sử dụng thường có 2 dạng chính là chổi không có trục quay và không có trục quay
Hình 1.12 Robot có gắn chổi lau để vệ sinh (dạng chổi có trục quay)
Trang 16Hình 1.13 Chổi lau không có trục xoay
1.4.1.4 Sử dụng hóa chất tẩy rửa
Bên cạnh việc sử dụng nước, người ta còn sử dụng thêm các loại chất tẩy rửa
đi kèm để tăng khả năng vệ sinh và tuổi thọ của tấm pin Các chất tẩy rửa này là dạng xà phòng sinh học, nhẹ và không để lại cặn trên bề mặt sau khi làm sạch, có thành phần chủ yếu muối của kali hoặc nattri với axit béo
Hình 1.14 Một số loại hóa chất sử dụng trong việc làm sạch solar panel
Trang 17Cơ chế làm sạch tấm pin năng lượng mặt trời rất đa dạng, tùy thuộc mục đích
làm sạch và điều kiện thực tế để áp dụng phương pháp cho phù hợp
Phương tiện
Bồn nước
Hình 1.16 Các cấu phần chính của xe vệ sinh
Trang 18- Công nhân điều khiển xe di chuyển vào vị trí dãy pin cần làm sạch rồi điều khiển cánh tay robot đến bề mặt pin sau đó bắt đầu quá trình vệ sinh với vận tốc phù hợp
- Tuổi thọ cao, là phương tiện lớn chịu tải tốt, ít hư hao do môi trường
- Vì là phương tiện di chuyển trên địa hình đất nên tránh ảnh hưởng đến các chi tiết của dàn năng lượng
- Chổi có gắn với hệ thống thủy lực cảm biến tải và cảm biến siêu âm đảm bảo an toàn bề mặt panel nhưng vẫn đủ lực cần thiết cho việc vệ sinh
Hình 1.17 Chổi lau lớn gắn với xe
- Đây là một phương án với giá thành rẻ mà hiệu quả rất cao
Trang 19- Kích thước của phương tiện lớn không phù hợp với các cánh động có lối đi nhỏ
Hình 1.18 Kích thước lối đi dành cho xe
Khó khăn khi vận hành ở nhưng địa hình quá phức tạp
1.4.2.2 Sử dụng hệ thống vòi phun nước
Đặc điểm chung
- Hệ thống ống nước và vòi phun được lắp đặt dọc theo các table Khi cần vệ sinh thì người điều khiển sẽ mở van cho các vòi phun nước hoạt động làm sạch bề mặt panel hoặc hệ thống có thể được lập trình hoạt động theo thời gian được định sẵn
- Hệ thồng vòi nước gồm các ống nước chạy dọc trên các mép của panel, các vòi phun được lắp đặt trải đều trên các ống nước đảm bảo cấp nước đủ để vệ sinh toàn bộ table
Trang 20- Hệ thống chỉ cần máy bơm nước để cấp nước cho các ống
- Vệ sinh bằng lực nước phun ra, thiết bị làm sạch không tiếp xúc với panel tránh được các hư hại cho panel
Nhược điểm:
- Các ông nước chiếm nhiều diện tích ở giữa khoảng trống của các table, gây cản trở cho công tác bảo trì hoặc thay mới các panel và cho cả các đường ống nước
1.4.2.3 Sử dụng robot
Sử dụng chổi quét khô
- Robot được gá đặt các bánh xe tì vào hai mép của table, mang chổi theo để
làm sạch panel (Hình 1.20)
- Chổi di chuyển dọc theo chiều dài của robot (Hình 1.20), chổi quét thổi bay
bụi bẩn bằng chuyển động quay của mình, chổi được thiết kế thành nhiều lớp vải tách biệt với nhau tạo lực tác dụng lên bề mặt panel đủ lớn để loại
bỏ bụi bẩn
Trang 21Hình 1.20 Robot mang chổi khô chạy dọc theo chiều dài panel
Sử dụng chổi kết hợp với nước
- Phương pháp gá đặt: lắp các bánh xe của robot tì vào hai mép của table
(Hình 1.21) hoặc để robot di chuyển trực tiếp trên bề mặt panel (Hình 1.22)
- Trục của chổi được truyền động xoay bằng động cơ lắp đặt trên hai đầu của
robot (Hình 1.21) hoặc robot đẩy chổi di chuyển trên bề mặt panel (Hình
Trang 22Hình 1.22 Robot đẩy chổi di chuyển trên bề mặt panel
- Nguyên tắc di chuyển thường là dạng robot nhỏ di chuyển tự do trên bề mặt panel
Hình 1.23 Robot sử dụng nguyên tắc hút bụi để làm sạch panel
Ưu điểm của phương án sử dụng robot:
Trang 23- Robot có thể được lập trình điều khiển và điều khiển từ xa
- Công suất làm sạch lớn hơn các loại khác vì di chuyển chuyển trực tiếp trên
bề mặt panel, toàn bộ năng lượng đều chỉ dung cho động cơ xoay để di chuyển
- Kích thước robot lớn có thể tích hợp ống nước và chổi quét dễ dàng
- Khả năng bảo trì và thay mới cao
Nhược điểm của phương án sử dụng robot:
- Kích thước lớn nên khá cồng kềnh
- Đặt trên bề mặt panel nên có thể gây hư hại cho kính cường lực bảo vệ panel 1.4.2.4 Sử dụng Drone
Phun nước làm sạch
- Drone là thiết bị có thể di chuyển trên không trung với sự điểu khiển từ xa
- Để làm sạch panel, drone được lắp một ống dẫn nước và sử dụng vòi phun
để phun nước lên bề mặt panel, người điểu khiền drone cho thiết bị bay hết phạm vi các table để làm sạch
- Lực nước phun ra từ Drone thường rất lớn để đảm bảo khả năng làm sạch
Hình 1.24 Ống nước được lắp để Drone mang theo trên hành trình di chuyển
Sử dụng chổi quét và nước
- Drone có thể mang thêm được cả chổi quét để làm sạch bụi bẩn có tính bám dính cao, nước được phun từ vòi lắp đặt trên Drone
- Trục chổi có khả năng quay để khi tiếp xúc với bề mặt panel đã có thể làm sạch ngay, không cần sự di chuyển của Drone Chổi phải đươc lắp ở vị trí nhận nước từ vòi phun
Trang 24Hình 1.25 Drone mang theo chổi và ống nước làm sạch bề mặt
Ưu điểm của phương án dùng Drone:
- Do không tiếp xúc trực tiếp nên tránh được các hư hại trên bề mặt panel
- Lực nước từ Drone kết hợp với sử dụng chổi quét có khả năng làm sạch cao
- Sử dụng được ở các địa hình phức tạp vì Drone chỉ bay trên bầu trời không
bị ảnh hưởng bởi địa hình
Nhược điểm của phương án dung Drone:
- Dây dẫn nước gắn với Drone phải đảm bảo không bị mắc vào các table khi
làm việc
- Điều khiển Drone đòi hỏi người có chuyên môn nhất định và kỹ thuật điều
khiển tốt đối với loại Drone dung chổi quét tiếp xúc với panel
1.4.2.5 Kết luận
Thông qua các phân tích so sánh ở trên, có thể thấy phương án sư dụng robot
là phương án tối ưu nhất Robot là lựa chọn làm vật chở cho hiệu suất cao nhất và
dễ dàng sử dụng nhất Bên cạnh đó, việc sử dụng robot có thể được điều khiển bằng lập trình và điều khiển từ xa, có nhiều lựa chọn để kết nối làm việc với robot
1.4.3 Sơ lược về các nguyên lý di chuyển
Trang 251.4.3.1 Robot di chuyển theo 2 chiều X và Y (2 DOF)
Hình 1.27 Sơ đồ nguyên lý của Ecoppia E4 Robot
Trang 26Trong đó: 1 – Cụm truyền động theo phương ngang, 2 – Tời, 3 – Cụm truyền động theo phương dọc, 4 – Bánh xe khung lớn, 5 – Khung lớn, 6 – Bánh xe khung nhỏ, 7 – Khung nhỏ, 8 – Cụm truyền động chổi quay, 9 –Chổi, 10 – Pin năng lượng
Trang 27Phương pháp gá đặt
- Phần khung lớn tiếp xúc panel tại 4 cụm bánh xe lớn (hình 2, mục 4) Tại mỗi vị trí, phần khung có 2 bánh xe di chuyển trên rãnh của panel và 1 bánh
xe phụ trợ để khung không bị trượt
- Phần robot tiếp xúc khung tại 4 cụm bánh xe nhỏ (hình 2, mục 6) Tại mỗi
vị trí, robot có 1 bánh xe di chuyển trên rãnh của khung lớn và 1 bánh xe phụ trợ để robot không bị trượt
di chuyển hết xuống chiều cao hệ pin mà không cần tiếp xúc với bề mặt pin
- Cụm chổi được truyền động bởi động cơ E (hình 2), và được truyền động bởi cơ cấu đai (hình 2, mục 8)
Động cơ E
Hình 1.31 Cụm chổi quay của E4
Trang 28Khi về lại dock sau khi hành trình kết thúc, robot tự vệ sinh pin trên dock (hình 2, mục 10), tự giũ chổi trước khi về vị trí nghỉ ngơi
Hình 1.32 Dock cố định, có mái che của E4 Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật của Ecoppia E4
Vượt gap Không
Vượt dãy Không
Năng lượng Mang pin năng lượng trên khung lớn, tự cung cấp điện
Động cơ
5 động cơ A, B, C, D, E Trong đó:
Động cơ A, B: chuyển động của khung lớn theo phương Ox Động cơ C, D: chuyển động thu dây vào của ròng rọc (theo phương Oy
Động cơ E: chuyển động xoay của chổi
An toàn Lập trình thời gian
4 cảm biến giúp nhận biết hết hành trình
Kích thước &
khối lượng Tùy chỉnh theo khung
Công suất Xấp xỉ 600𝑚2/ℎ
Điều khiển Tự động; truy cập từ điện thoại thông qua anten
1.1.1 Robot di chuyển theo 1 chiều Y (1 DOF)
a Boson Robot, Trung Quốc
Trang 29Hình 1.33 Boson Robot, Trung Quốc
3
4
5
21
Hình 1.34 Sơ đồ nguyên lý của Boson Robot
Trong đó: 1 – Cụm truyền động chính, 2 – Bánh xe, 3 – Khung robot, 4 – Chổi xoay, 6 – Cụm truyền động chổi xoay
Cấu tạo
- Cơ cấu dẫn động cho Boson di chuyển theo 1 chiều cũng tương tự như robot
di chuyển theo 2 chiều là phần khung chạy trên dọc theo chiều dãy tấm pin
Trang 30bằng bánh xe chạy trên phần khung tấm pin, có loại chạy trực tiếp lên bề mặt pin với bánh xe được bọc bởi tấm lót mềm
- Robot di chuyển theo 1 chiều đa phần sẽ có 2 cụm truyền động, 1 cụm để truyền động cho chuyển động chính và 1 cụm truyền động cho chổi xoay Phương pháp gá đặt
- Robot Boson di chuyển theo chiều Oy nhờ các bánh xe ở 2 đầu, khắc phục được tốt các sai số khi lắp ráp tấm pin
a/ Độ lệch b/ Độ không đồng phẳng
Hình 1.35 Sai số lắp ghép do hệ tấm pin
- Robot có thể khắc phục được sai số lắp ghép giữa 2 tấm pin liền kề tới góc chênh 28°, độ chênh 5𝑐𝑚 theo phương đứng và góc chênh 12° , độ chênh 4𝑐𝑚 theo phương Oy
Hình 1.36 Khả năng vượt gap của Boson Robot
- Robot cũng có thể vượt được gap khi có gắn thanh rail, với độ chênh 0,5m theo phương đứng, độ chênh 2m theo phương Oy, độ chênh 0,5m theo phương Ox
Trang 31Nguyên lý làm sạch
- Robot có 2 lưỡi 2 lưỡi dao gạt bằng cao su ở trước và sau để gạt bụi rơi qua các khoảng hở giữa các tấm pin, đồng thời cũng tránh được bụi bay lên bề mặt pin sau đó
- Thêm vào đó, Boson robot cũng có sự lựa chọn loại chổi cứng hoặc mềm hơn để làm sạch các vết bẩn cứng hay chỉ quét cát, bụi Robot không dùng nước
Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của Boson Robot
Năng lượng Tự sạc bằng tấm pin mặt trời; Chạy được 1500𝑚 sau 1
lần sạc, xem Hình 1.37
Động cơ 2 động cơ: cụm truyền động chính và cụm truyền động
chổi xoay
An toàn Dữ liệu sức khỏe của hệ pin được lưu trữ trên đám mây và
được điều khiển bởi SCADA Kích thước & khối
Công suất 55𝑚2/𝑝ℎú𝑡
Điều khiển Tự động/ Từ xa bán kính 15000𝑚
a/ Tự mang trên thân b/ Cố định trên dock
Hình 1.37 Vị trí lắp đặt pin cung cấp năng lượng cho robot
b PV Cleaning Robot của công ti Uprun Innovations, Ấn Độ
Trang 32Hình 1.38 Robot PV khi đang hoạt động vệ sinh panel
Trang 332
3
765
4
Hình 1.39 Sơ đồ nguyên lý Uprun
1-động cơ truyền động và hộp số; 2-cụm truyền động cho robot di chuyển
(Hình 1.42); 3-cụm truyền động cho chổi (Hình 1.41); 4-trục chổi xoay; 5-nối rục;
6-ổ lăn; 7-bánh xe phụ
Trang 34Cấu tạo
- Robot được dẫn động nhờ hệ thống bánh xe lắp vào sát mép của table và chuyển động dọc theo chiều dài của table
- Hệ thống bánh xe được dẫn động bằng một động cơ DC ở mỗi đầu
- Chổi quét cũng được dẫn động cùng một động cơ với hệ thống bánh xe, thân chổi được chia làm hai phần chuyển động độc lập với nhau thông qua hai động cơ
- Ở giữa robot được lắp thêm bánh xe phụ để giảm tải cho phần thân robot
1 2
3
4
Hình 1.40 Động cơ và cơ cấu truyền động từ động cơ sang các trục
1-động cơ truyền động; 2-trục động cơ; 3-đầu ra gắn với cụm truyền động bánh xe; 4-đầu ra gắn với cụm truyền động chổi
1 2
3 4
5 6
Hình 1.41 Hệ thống truyền động cho chổi
Trang 351-trục động cơ; 2-bánh đai dẫn động từ động cơ; 3-trục xoay của chổi; 4-bánh đai dẫn động cho chổi; 5-dây đai răng; 6-bánh căng đai; 7-khung cố định
1
3 4
5 2
6
Hình 1.42 Hệ thống truyền động cho bánh xe
1-trục động cơ; 2-bánh đai dẫn động từ động cơ; 3-trục xoay bánh xe; 4-bánh
xe dẫn động; 5-bánh căng đai; 6-dây đai răng; 7-khung cố định
Phương pháp gá đặt
- Hệ thống bánh xe dẫn động: để robot chuyển động dọc theo table, ở mỗi đầu của robot được lắp hệ thống hai bánh xe được truyền động thông qua bộ truyền đai răng Hai bánh xe này tiếp xúc với hai mép của panel Sự truyền động đai răng giúp hạn chế sự trượt khi tiếp xúc với môi trường nước
- Hệ thống bánh xe trên thành panel: ở mỗi đầu robot được trang bị thêm 4 bánh xe đặt tiếp xúc với thành của panel giúp giảm ma sát và cố định robot
Bánh xe trên thành Bánh xe trên mép
Hình 1.43 Hệ thống bánh xe truyền động và tiếp xúc với thành panel
Trang 36- Hệ thống bánh xe ở giữa robot: ở phần giữa của robot được trang bị thêm các bánh xe nằm cách đều nhau, tiếp xúc với mép panel Các bánh xe này có nhiệm vụ giảm tải trọng tác dụng lên phần giữa của robot, đồng thời giúp chuyển động của các đoạn được đồng nhất
Bánh xe ở giữa
Hình 1.44 Hệ thống bánh xe lắp ở giữa robot
Nguyên lý làm sạch
- Chổi quét sử dụng chất liệu lông cứng
- Robot sử dụng hệ thống hai đường ống nước để làm sạch panel: đường áp suất thấp làm ướt panel và đướng áp suất cao đẩy bụi bẩn ra xa hai bên mép panel
Ống nước áp suất cao
Ống nước áp suất thấp Chổi xoay
Hình 1.45 Hệ thống chổi xoay và đường ống cấp nước
- Phía sau robot có trang bị một tấm bạt để ngăn không cho nước bẩn bắn ngược trở lại trên bề mặt panel
Trang 37Tấm bạt chắn nước
Hình 1.46 Tấm bạt được trang bị phía sau robot
Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật của Uprun robot
Vượt gap Kết hợp rail và sự hỗ trợ của con người
Động cơ Hai động cơ dẫn động ở hai đầu
Kích thước &
khối lượng
Chiều dài có thể được thay đổi bằng cách ghép thêm hoặc bỏ
bớt các đoạn nối Chiều rộng khoảng 40 𝑐𝑚
Khối lượng < 50kg
Công suất và vận
tốc dài
80W, 240W, 400W 13m/ph, 10m/ph, 7m/ph
Điều khiển Bảng điều khiển phím cơ đi kèm để điều khiển động cơ:
dừng, hoạt động hoặc đổi chiều
c Robot Sunbot v1 của hãng Enray Solar, Ấn Độ
Trang 38Hình 1.47 Sunbot v1 Robot
Hình 1.48 Sơ đồ nguyên lý Sunbot
Trang 39Trong đó: 1 – Động cơ dẫn động bánh xe, 2 – Cụm truyền động bánh xe, 3 – Cụm truyền động chổi, 4 – Động cơ dẫn động chổi, 5 – Khung ngoài (thân) robot,
6 – Khung nhỏ (gắn trục truyền), 7– Chổi, 8 – Cụm pin mặt trời, 9 – Bánh xe dẫn động phải, 10 – Bánh xe phụ bên trái, 11 – Bánh xe phụ bên phải, 12 – Bánh xe dẫn động trái
Hình 1.49 Thân chổi dưới thân robot
Phương pháp gá đặt
- Robot có thể di chuyển dọc theo các thanh ray do người sử dụng đặt hoặc dựa trên các mép của các tấm pin bằng 4 bánh xe bọc silicon
Trang 40Hình 1.50 Di chuyển trên mép
Hình 1.51 Di chuyển trên thanh ray (màu nâu)
- Trên thân robot có các bánh xe phụ trợ lực trên thân vuông góc với các bánh chính, ép sát vào tấm panel giúp cho việc di chuyển dễ dàng, thuận tiện hơn
Hình 1.52 Các bánh xe phụ (khoanh đỏ)