本实用新型涉及光伏电站清洁领域，更具体的说，它涉及一种太阳能电池板有轨清洁装置。
背景技术：
太阳能电池是利用半导体材料的光电效应，将太阳能转换成电能的装置。光照时间越长，光照强度越大，太阳能电池中组成的电能也越大。太阳能电池是一种新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。但太阳能受环境影响较严重，特别是阳光照射强度对电池板发电效率影响巨大。
影响阳光照射强度的原因有很多，除太阳能电池板表面透光材料之外，太阳能电池板表面清洁度是影响太阳能电池板发电效率的最重要因素，有研究数据表明，4g/㎡的灰尘堆积量能够使太阳能电池板发电效率下降60%或以上，同时，灰尘堆积会使太阳能电池板产生热斑效应，严重影响太阳能电池板使用寿命。
太阳能光伏组件的清洁是解决太阳能电池板积灰问题的最终解决方案，太阳能电池板的清洁主要有以下几大类方法：1、人工使用水枪、清扫刷清洁；2、使用车辆搭载高压水枪、清扫刷等清洁；3、模拟降雨，管道喷淋清洁；3、使用小机器人清洁。人工使用水枪、清扫刷清洁效费比低，清洁效果不稳定，且容易对太阳能电池板造成伤害。使用车辆搭载高压水枪、清扫刷等清洁，清洁效率高，但耗水量大，车辆的环境适应能力较差，误操作容易对太阳能电池板造成严重损伤。模拟降雨，管道喷淋清洁耗水量巨大，清洁效果不稳定，且管道后期维护费用高。使用小机器人清洁是现阶段较理想的清洗方法，清洁自动化，清洁效率高，但维护复杂，投入成本高。
在太阳能电池板实际使用中，多数仍采用人工+辅助车辆清洁的方式，全机械式清洁与纯小机器人清洁各有不可回避的缺点，因此，采用传统机械结构，并自动化控制的清洁装置，是太阳能电池板清洁的又一新思路。
技术实现要素：
本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种自动化清洁、清洁效率高的太阳能电池板有轨清洁装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
一种太阳能电池板有轨清洁装置，该装置架设于太阳能电池板上方，包括支架，架设于支架上的纵向移动机构，升降机构和清洁机构，纵向移动机构包括丝杠，和平衡杆，丝杠一端与传动直流电机直连，另一端穿过丝杠滑块，丝杠与丝杠滑块啮合传动，平衡杆穿过平衡滑块，丝杠与平衡杆平行布置；丝杠滑块与升降机构固定，升降机构包括与丝杠滑块连接的固定板，和移动板，固定板两侧各开有滑槽，移动板两侧设有滑柱，滑柱伸出滑槽使移动板沿滑槽移动；移动板下方安装有清洁机构，清洁机构包括电刷和海绵，电刷在前，海绵在后，丝杠滑块向后运动，电刷和海绵上升远离电池板，丝杠反转，丝杠滑块向前运动，电刷和海绵下降与电池板接触。
进一步，滑槽上末端设置第一防滑部，第一防滑部与水平比微向下倾，或者第一防滑部包括滑柱和滑槽上穿孔，滑柱和滑槽上穿孔轻度过盈；滑槽下末端设置第二防滑部，第二防滑部与水平比微向上倾，或者第二防滑部包括滑柱和滑槽下穿孔，滑柱和滑槽下穿孔轻度过盈。移动板位于滑槽上末端时，第一防滑部防止移动板由于重力作用沿滑槽向下移动。移动板位于滑槽下末端时，第二防滑部防止移动板向上移动，保证清洁力度。
进一步，第一纵向限位条和第二纵向限位条设置于支架两侧，固定板设有与第一纵向限位条配合的第一纵向限位传感器，以及与第二纵向限位条配合的第二纵向限位传感器，第一纵向限位条和第二纵向限位条限制纵向移动机构移动，控制器通过控制线控制第一纵向限位传感器和第二纵向限位传感器；第一纵向限位条和第二纵向限位条均呈L结构。第一纵向限位条和第二纵向限位条作为限位机构，限制纵向移动机构继续纵向移动。纵向限位条与纵向限位传感器的配合方式为：传动直流电机顺时针转动，纵向移动机构在丝杠滑块带动下向第一导轨方向移动，直至第一纵向限位条与第一纵向限位传感器接触，第一纵向限位传感器发射信号至控制器，传动直流电机逆时针转动，丝杠反转，纵向移动机构反向移动，移动至第二纵向限位条时，第二纵向限位条与第二纵向限位传感器接触，丝杠停止转动。第一纵向限位条和第二纵向限位条也作为推动机构，当升降机构运行至第一纵向限位条或第二纵向限位条所处位置时，第一纵向限位条或第二纵向限位条推动升降机构中的移动板沿滑槽上下移动。
进一步，支架上架设有横向移动机构，横向移动机构包括安装在两侧支架上的导轨，和齿轮，导轨包括第一导轨和第二导轨，齿轮包括与第一导轨啮合传动的上行齿轮，以及与第二导轨啮合传动的下行齿轮，导轨设有第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板两侧均设有保持支撑板平衡的平衡导轮，平衡导轮沿导轨滑动，横向传动轴一端连续穿过第一支撑板和上行齿轮与传动步进电机连接，横向传动轴另一端穿过第二支撑板与下行齿轮连接；第一支撑板和第二支撑板均设有与平衡杆固定的平衡杆固定件，第一支撑板设有与丝杠固定的丝杠固定件。第一导轨和第二导轨均通过焊接或螺栓的方式与支架连接。第二导轨为清洁装置运行的初始位置。横向移动机构沿导轨运动，纵向移动机构沿丝杠运动。
进一步，第二导轨两侧各设有横向限位块，第二支撑板两端各设有与横向限位块位置对应的横向限位传感器，横向限位传感器与横向限位块相互配合，横向限位块限制横向移动机构移动；控制器控制横向限位传感器。横向限位传感器与横向限位块的配合方式为：当横向移动机构移动至横向限位块所处位置时，横向限位传感器与横向限位块接触，横向限位传感器发射信号至控制器，传动步进电机立即停机，横向移动机构停止向前移动。
进一步，滚刷电机安装在电刷内部，与电刷一体；电刷设有多块毛刷，弱电电刷和放电电刷；毛刷包括刷板和刷毛，刷板为不锈钢材质，刷毛位于刷板表面，为电碳纤维软毛；放电电刷位于滚刷电机侧面，弱电电刷位于滚刷电机下端；海绵内部开有储水的空腔。放电电刷用于将毛刷上静电消除，弱电电刷接有微弱电流。电刷，低速时主要针对灰尘作业，高速时可清洁较顽固污垢，电刷在滚筒下部一定角度内可带弱电，吸附灰尘，并在滚筒转动一定角度后断电，使吸附的小颗粒灰尘与电刷摩擦带起的大灰尘颗粒灰尘沿电池板抛出并受重力作用降落地面。海绵，为软海绵结构，内置储水腔，缓慢释放水分，通过与太阳能电池板直接接触清洁太阳能电池板表面，对顽固污渍进行擦洗，并消除可能存在的电池板表面电离。电刷和海绵均是单向旋转。在清洁作业中，先对电池板进行电刷清洁，电刷会让灰尘产生堆积，凝絮，从而受重力更容易下落不产生过多扬尘，后进行海绵清洁，海绵带水清洁会吸附过多灰尘。
进一步，平衡杆组包括第一平衡杆和第二平衡杆，平衡杆滑块组包括第一平衡杆滑块和第二平衡杆滑块，第一平衡杆滑块穿过第一平衡杆，第二平衡杆滑块穿过第二平衡杆。平衡杆组的设置保证纵向移动机构运行平稳。
进一步，该装置还设有清扫效果检查机构，清扫效果检查机构包括紫外线灯和紫外线强度探头，紫外线灯和紫外线强度探头均安装于固定板。太阳能电池板反射紫外线，电池板上灰尘、污垢反射紫外线强度与电池板不同，清洁过程中紫外线灯会照射太阳能电池板表面，固定板上紫外线强度探头实时接收紫外线照射强度，当紫外线强度探头接收紫外线强度出现较大变化时，则证明该区域存在未清理干净的污垢。在判断该区域存在未清理干净的污垢后，清洁机构将继续清洁达到第二纵向限位条时不启动横向换位，传动直流电机顺时针转动，当纵向限位传感器与第一纵向限位条接触后，滚刷电机加大功率，增加电刷转速继续该区域清洁作业，海绵进行二次擦拭，清除顽固污渍。若紫外线强度探头探测紫外线强度仍存在较大变化，则在控制器中记录该区域，正常进行下一区域清洁作业，并在停机充电时报警。
进一步，传动直流电机设有断电自锁机构，断电自锁结构包括止逆棘爪，棘轮和电磁铁，棘轮与传动直流电机固定连接，纵向传动直流电机与丝杠直连，止逆棘爪连接有复位弹簧。断电会造成清洁机构在重力作用下撞击第二支撑板，因此断电自锁机构的作用是：电磁铁与传动直流电机同时供电，通电时，止逆棘爪受电磁铁吸引，放开棘轮，丝杠可自由转动；断电时，止逆棘爪放开复位弹簧，锁住棘轮，丝杠只可做顺时针转动。
进一步，第二支撑板设有供电机构，供电机构包括储电模块和无线电充电模块，无线电充电机模块具有充电接收端和充电放射端。传动步进电机带动第二支撑板上的横向限位传感器与横向限位块接触，传动步进电机停机，充电接收端与充电发射端达到充电距离，无线电充电机装置即开始充电直至储电装置储满电。横向移动机构、纵向移动机构、清洁机构、清扫效果检查机构和断电自锁机构均由位于第二支撑板上的供电机构供电。若运行过程中储电装置电量达到低电量警戒线，清洁装置将启动应急程序，暂停清洁作业，根据自动记录的传动步进电机转动周数，传动步进电机将向较近端移动接触横向限位块并开始充电，待充电达到运行要求后根据记录返回原位置继续清洁作业直至清洁结束。
本实用新型的工作过程：纵向移动机构由位于第二导轨的初始位置启动，传动直流电机顺时针转动，带动丝杠顺时针转动并向纵向移动，此时，移动板处于滑槽顶端，电刷和海绵远离太阳能电池板，纵向移动过程中整个装置运行平稳；移动至移动板与第一纵向限位条接触时，第一纵向限位条推动移动板下滑至滑槽底端，此时电刷和海绵下滑至与太阳能电池板接触，固定板上的纵向限位传感器与第一纵向限位条接触，纵向移动机构停止前行。传动直流电机逆时针转动，带动丝杠反向转动，纵向移动机构反向移动，此时，清洁作业开始，电刷在前吸附灰尘，海绵在后带水清洁。纵向移动机构移动至移动板与第二纵向限位条接触时，第二纵向限位条推动移动板上升，此时电刷和海绵上升，固定板上的纵向限位传感器与第二纵向限位条接触，丝杠和电刷停止运行，清洁装置回到最初位置。横向换位启动，下行齿轮与第二导轨啮合传动，横向移动机构沿导轨移动，由控制器控制移动距离，直至换位结束，清洁装置完成一次清洁作业。
本实用新型相比现有技术优点在于：
1、采用传统机械结构，由控制器精准控制，实现了自动化清洁，成本低。
2、电刷和海绵协同运作，电刷在前，海绵在后，先进行静电吸浮尘，一静电吸浮尘，二剪切力去除，三吸水胶面条浸润顽固污质，交替去除，清洁效果好，清洁效率高；清洁雨刷内部设有的储水腔，达到充分利用水量的目的，耗水量少，节省水资源。
3、清洁雨刷和清洁滚刷与太阳能电池板之间的距离设置合理，避免清扫过程中对太阳能电池板造成损伤。
4、滑槽上末端设置第一防滑部，滑槽下末端设置第二防滑部，防止移动板由于重力作用沿滑槽向下移动，避免清洁机构与电池板接触；或防止移动板向上移动，保证清洁力度。
5、设置清扫效果检查机构，确保清洁效果。
6、设置断电自锁机构，防止移动机构受重力作用下滑撞击第二支撑板。
7、采用自动充电结构，能随时进行清扫。
8、丝杠传动具有传动准确，平稳的特点，适合清扫作业，不会因清洁滚刷作业导致系统产生过度颤动。
9、采用步进电机+齿轮、导轨啮合传动，换位位置精准。该种组合，能够使整个装置运行更加平稳，不会存在横向换位不准，清洁区域不全的情况。
10、各机构采用模块化，安装快捷，同时生产和运输方便。
附图说明
图1为本实用新型的立体结构示意图。
图2为升降机构的结构示意图。
图3为纵向移动机构的结构示意图。
图4为第一纵向限位的结构示意图。
图5为横向移动机构的结构示意图。
图6为第二支撑板的结构示意图。
图7为第一支撑板的结构示意图。
图8为电刷的结构示意图。
图9为海绵的结构示意图。
图10为清扫效果检查的结构示意图。
图11为断电自锁的结构示意图。
图12是无线电充电模块的机构示意图。
图中标识：支架1，纵向移动机构2，升降机构3，清洁机构4，丝杠21，平衡杆组22，传动直流电机23，丝杠滑块24，平衡杆滑块组25，固定板31，移动板32，滑槽311，滑柱321，滑槽上穿孔3111，滑槽下穿孔3112，第一纵向限位条26，第二纵向限位条27，第一纵向限位传感器261，第二纵向限位传感器271，控制器5，控制线51，横向移动机构6，导轨61，齿轮62，第一导轨611，第二导轨612，上行齿轮621，下行齿轮622，第一支撑板63，第二支撑板64，横向传动轴65，传动步进电机66，第一平衡导轮631，第二平衡导轮641，丝杠固定件632，横向限位块6121，横向限位传感器6122，电刷41，海绵42，毛刷411，弱电电刷412，放电电刷413，刷板4111，刷毛4112，滚刷电机43，储水腔421，第一平衡杆221，第二平衡杆222，清扫效果检查机构7，紫外线灯71，紫外线强度探头72，断电自锁机构8，止逆棘爪81，棘轮82，电磁铁83，复位弹簧84，供电机构9，储电模块91，无线电充电模块92，充电接收端921，充电放射端922。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
如图1-3所示，一种太阳能电池板有轨清洁装置，该装置架设于太阳能电池板上方，包括支架1，架设于支架1上的纵向移动机构2，升降机构3和清洁机构4，纵向移动机构2包括丝杠21，和平衡杆组22，丝杠21一端与传动直流电机23直连，另一端穿过丝杠滑块24，丝杠21与丝杠滑块24啮合传动，平衡杆组22穿过平衡杆滑块组25，丝杠21与平衡杆组22平行布置；丝杠滑块24与升降机构3固定，升降机构3包括与丝杠滑块24连接的固定板31，和移动板32，固定板31两侧各开有滑槽311，移动板32两侧设有滑柱321，滑柱321伸出滑槽311使移动板32沿滑槽311移动；移动板32下端安装有清洁机构4，清洁机构4包括电刷41和海绵42，电刷41在前，海绵42在后，丝杠滑块24向后运动，电刷41和海绵42远离电池板，丝杠21反转，丝杠滑块24向前运动，电刷41和海绵42下降与电池板接触。
如图2所示，滑槽311上末端设置第一防滑部3111，第一防滑部3111与水平比微向下倾，或者第一防滑部3111包括滑柱321和滑槽上穿孔3113，滑柱321和滑槽上穿孔3112轻度过盈；滑槽下末端设置第二防滑部3112，第二防滑部3112与水平比微向上倾，或者第二防滑部3112包括滑柱321和滑槽下穿孔3114，滑柱321和滑槽下穿孔3114轻度过盈。移动板32位于滑槽上末端时，第一防滑部3111防止移动板32由于重力作用沿滑槽311向下移动。移动板32位于滑槽下末端时，第二防滑部3112防止移动板32向上移动，保证清洁力度。
第一纵向限位条26和第二纵向限位条27设置于支架1两侧，参见图4-6。固定板31设有与第一纵向限位条配合26的第一纵向限位传感器261，以及与第二纵向限位条27配合的第二纵向限位传感器271，第一纵向限位条26和第二纵向限位条27限制纵向移动机构2移动，控制器5通过控制线51控制第一纵向限位传感器261和第二纵向限位传感器271；第一纵向限位条26和第二纵向限位条27均呈L结构。第一纵向限位条26和第二纵向限位条27作为限位机构，限制纵向移动机构2继续纵向移动。纵向限位条与纵向限位传感器的配合方式为：传动直流电机23顺时针转动，纵向移动机构2在丝杠滑块24带动下向一方向移动，直至第一纵向限位条26与第一纵向限位传感器261接触，第一纵向限位传感器261发射信号至控制器5，传动直流电机23逆时针转动，丝杠21反转，纵向移动机构2反向移动，移动至第二纵向限位条27时，第二纵向限位条27与第二纵向限位传感器271接触，丝杠21停止转动。第一纵向限位条26和第二纵向限位条27也作为推动机构，当升降机构3运行至第一纵向限位条26或第二纵向限位条27所处位置时，第一纵向限位条26或第二纵向限位条27推动升降机构3中的移动板32沿滑槽311上下移动。
支架上架设有横向移动机构6，如图5所示，横向移动机构6包括安装在两侧支架1上的导轨61，和齿轮62，导轨61包括第一导轨611和第二导轨612，齿轮62包括与第一导轨611啮合传动的上行齿轮621，以及与第二导轨612啮合传动的下行齿轮622，第一导轨611设有第一支撑板63，第二导轨612设有第二支撑板64，第一支撑板63和第二支撑板64两侧均设有保持支撑板平衡的平衡导轮，包括第一平衡导轮631和第二平衡导轮641，平衡导轮沿导轨滑动，横向传动轴65一端连续穿过第一支撑板63和上行齿轮621与传动步进电机66连接，横向传动轴65另一端穿过第二支撑板64与下行齿轮622连接；第一支撑板63和第二支撑板64均设有与平衡杆22固定的平衡杆固定件221，第一支撑板63设有与丝杠21固定的丝杠固定件632。第一导轨611和第二导轨612均通过焊接或螺栓的方式与支架1连接。第二导轨612为清洁装置运行的初始位置。横向移动机构6沿横向运动，纵向移动机构2沿纵向运动，沿导轨所在方向为横向，沿丝杠方向为纵向。
如图5所示，第二导轨612两侧各设有横向限位块6121，第二支撑板64两端各设有与横向限位块6121位置对应的横向限位传感器6122，横向限位传感器6122与横向限位块6121相互配合，横向限位块6121限制横向移动机构6移动；控制器5控制横向限位传感器6122。横向限位传感器6122与横向限位块6121的配合方式为：当横向移动机构6移动至横向限位块6121所处位置时，横向限位传感器6122与横向限位块6121接触，横向限位传感器6122发射信号至控制器5，传动步进电机66立即停机，横向移动机构6停止向前移动。
如图8所示，滚刷电机43安装在电刷41内部，与电刷41一体；电刷41设有多块毛刷411，弱电电刷412和放电电刷413；毛刷411包括刷板4111和刷毛4112，刷板4111为不锈钢材质，刷毛4112位于刷板4111表面，为电碳纤维软毛；放电电刷413位于滚刷电机43侧面，弱电电刷412位于滚刷电机43下端；海绵42内部开有储水腔421。放电电刷413用于将毛刷上静电消除，弱电电刷412接有微弱电流。电刷41，低速时主要针对灰尘作业，高速时可清洁较顽固污垢，电刷41在滚筒下部一定角度内可带弱电，吸附灰尘，并在滚筒转动一定角度后断电，使吸附的小颗粒灰尘与电刷摩擦带起的大灰尘颗粒灰尘沿电池板抛出并受重力作用降落地面。海绵42，如图9所示，为软海绵结构，内置储水腔421，缓慢释放水分，通过与太阳能电池板直接接触清洁太阳能电池板表面，对顽固污渍进行擦洗，并消除可能存在的电池板表面电离。电刷41和海绵42均是单向旋转。在清洁作业中，先对电池板进行电刷清洁，电刷41会让灰尘产生堆积，凝絮，从而受重力更容易下落不产生过多扬尘，后进行海绵42清洁，海绵42带水清洁会吸附过多灰尘。
平衡杆组22包括第一平衡杆221和第二平衡杆222，平衡杆滑块组25包括第一平衡杆滑块251和第二平衡杆滑块252，第一平衡杆滑块251穿过第一平衡杆221，第二平衡杆滑块252穿过第二平衡杆222。 平衡杆组的设置保证纵向移动机构2运行平稳。
该装置还设有清扫效果检查机构7，如图10所示，清扫效果检查机构7包括紫外线灯71和紫外线强度探头72，紫外线灯71和紫外线强度探头72均安装于固定板31。太阳能电池板反射紫外线，电池板上灰尘、污垢反射紫外线强度与电池板不同，清洁过程中紫外线灯会照射太阳能电池板表面，固定板31上紫外线强度探头72实时接收紫外线照射强度，当紫外线强度探头72接收紫外线强度出现较大变化时，则证明该区域存在未清理干净的污垢。在判断该区域存在未清理干净的污垢后，清洁机构4将继续清洁达到第二纵向限位27时不启动横向换位，传动直流电机23顺时针转动，当第一纵向限位传感器261与第一纵向限位条26接触后，滚刷电机43加大功率，增加电刷41转速继续该区域清洁作业，海绵42进行二次擦拭，清除顽固污渍。若紫外线强度探头72探测紫外线强度仍存在较大变化，则在控制器5中记录该区域，正常进行下一区域清洁作业，并在停机充电时报警。
传动直流电机设有断电自锁机构8，如图11所示，断电自锁结构包括止逆棘爪81，棘轮82和电磁铁83，棘轮82与传动直流电机23轴固定连接，纵向传动直流电机23轴与丝杠21直连，止逆棘爪81连接有复位弹簧84。断电会造成清洁机构在重力作用下撞击第二支撑板，因此断电自锁机构的作用是：电磁铁83与传动直流电机23同时供电，通电时，止逆棘爪81受电磁铁83吸引，放开棘轮82，丝杠21可自由转动；断电时，止逆棘爪81放开复位弹簧84，锁住棘轮82，丝杠21只可做顺时针转动。
第二支撑板64设有供电机构9，如图12所示，供电机构9包括储电模块91和无线电充电模块92，无线电充电模块92具有充电接收端921和充电放射端922。传动步进电机66带动第二支撑板64上的横向限位传感器6122与横向限位块6121接触，传动步进电机66停机，充电接收端921与充电发射端922达到充电距离，无线电充电机装置即开始充电直至储电模块91储满电。横向移动机构6、纵向移动机构2、清洁机构4、清扫效果检查机构7和断电自锁机构8均由位于第二支撑板上64的供电机构9供电。若运行过程中储电模块91电量达到低电量警戒线，清洁装置将启动应急程序，暂停清洁作业，根据自动记录的传动步进电机66转动周数，传动步进电机66将向较近端移动接触横向限位块6121并开始充电，待充电达到运行要求后根据记录返回原位置继续清洁作业直至清洁结束。
本实用新型的工作过程：纵向移动机构由位于第二导轨的初始位置启动，传动直流电机顺时针转动，带动丝杠顺时针转动并向纵向移动，此时，移动板处于滑槽顶端，电刷和海绵不接触太阳能电池板，纵向移动过程中整个装置运行平稳；移动至移动板与第一纵向限位条接触时，第一纵向限位条推动移动板下滑至滑槽底端，此时清洁电刷和清洁海绵下滑至与太阳能电池板接触，固定板上的纵向限位传感器与第一纵向限位条接触，纵向移动机构停止前行。传动直流电机逆时针转动，带动丝杠反向转动，纵向移动机构反向移动，此时，清洁作业开始，清洁滚刷电机启动，电刷在前，海绵在后，电刷和海绵清扫太阳能电池板，移动至移动板与第二纵向限位条接触，第二纵向限位条推动移动板上升，此时电刷和海绵上升，固定板上的纵向限位传感器与第二纵向限位条接触，丝杠和电刷停止运行，清洁装置回到最初位置。横向换位启动，下行齿轮与第二导轨啮合传动，横向移动机构横向移动，由控制器控制移动距离，直至换位结束，清洁装置完成一次清洁作业。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。