伴随着工业进程的推进与各国经济的发展，世界各国对于能源的需求持续增长。经过工业时代上百年的开采，传统不可再生能源濒临枯竭，不可再生能源的有限性以及使用过程中导致的环境污染日益成为制约各个国家与地区经济社会进步的瓶颈。太阳能发电技术自上世纪五十年代以来，发展迅速，作为一种可持续且不会造成环境污染的能量获取方式，国内外出现了大量与光伏发电相关技术领域的研究，同时光伏发电对于经济、社会与环境的重要意义也引起越来越多的国家的重视，在总体能源构成中，太阳能发电所占的比重持续提高。我国近年来光伏发电装机容量统计如图I-I所示，可以看出，我国近年来光伏发电规模也在成倍的增加。

人类可以利用的，在到达地表的太阳辐射能量密度约为1.19kw/m2，据此计算，一年中，太阳辐射到地表附近的总能量远远超出人类消耗的总能量hl。我国国土面积居世界第三，大部分居于温带与亚热带，太阳能资源丰富。太阳能作为一种安全且不会对环境造成任何污染的可再生能源，太阳能的开发利用对保证我国经济可持续发展具有重大意义。

进入21世纪，光伏产业在世界各国高速发展，2017年，根据GTM Research统计数据，世界光伏发电新增的装机容量总量达99GW，相比2016年增长了26% 。2017年美国太阳能发电装机增速于2016年达到峰值，累计装机量已经达到了54.5GW，其中新增装机11.8GW。中国与印度光伏发电的研究与建设虽然起步相对较晚，但发展迅速。2017年，我国新增装机为53.06GW，同比增加18.52GW增速为53.62%，刷新历史高位，光伏发电装机容量累计到达130.25GW的高位，居世界首位。2017年，印度光伏装机容量总量达到20GW里程碑，全年新增加的光伏发电装机容量同样创历史新高9.6GW。2017年全球主要国家的太阳能发电装机容量情况如表1一1所示。

光伏发电是半导体硅吸收太阳光的辐射能量，将太阳辐射直接或间接转化成电能的发电方式，一般有光一热一电和光一电两种方式，其中基于晶体硅光生伏打效应的光电方式技术较为成熟，因此目前的光伏电池片普遍使用晶体硅材料。太阳能电池板是由钢化玻璃、光伏电池片、EVA(乙烯一乙酸乙烯酷共聚物)、背板、铝合金保护层压件和接线盒等组装在一块板上的组装件。近年来，由于国家大力开展光伏电站的建设，光伏发电装机容量近乎跳跃式发展，市场对太阳能电池板的需求增长迅速，而光伏电池将太阳辐射转化为电能的效率与寿命一直是制约其发展的瓶颈。光伏电池的光电转换效率低下的原因除单晶硅、多晶硅原材料本身的转换效率问题外，光伏面板的安装角度和表面玻璃的太阳光透过率也很大限度的限制了光电转换效率。

长时间使用后，由于大气中悬浮的的尘埃，会造成光伏面板的上表面玻璃积累大量灰尘，影响光伏面板的透光性，大大的减弱了光伏面板对太阳辐射能量的利用。造成光伏面板光电转换效率降低30%一40%，同时由于植物叶片、鸟类昆虫排泄物等对光伏面板局部的遮盖，易导致光伏面板因“热岛效应”造成局部温度过高而损坏。相关研究机构对光伏面板表面灰尘与杂物对光电转换效率影响进行了相关测试，测试的结果表面:局部的植物叶片、鸟类昆虫排泄物遮盖使得光伏面板的光电转换效率降低了8%-10%;对部署于大风沙条件下的光伏面板，一个月时间，光伏面板表面玻璃的透光率下降约17%左右。在我国内蒙古地区的光伏面板输出特性测试结果表明光伏面板光电转化效率与灰尘覆盖程度呈负相关关系，自然条件下，当积灰量为5.65 g/m2时，光伏组件光电转换效率下降大约15.2% 。由此可见，光伏面板表面灰尘积累对其发电效率有很大的影响，而保持电池板表面的清洁，保证表面钢化玻璃的透光率，可有效的提高晶体硅接收到的太阳光辐射，因此定期对光伏面板表面进行清理维护，可大大提高光伏面板的光电转化效率并一定程度的延长使用寿命，具有巨大生产与经济意义。

2. 研究的基本内容与方案

1研究目标

设计行走于光伏面板表面，对光伏发电站电池板阵列进行清扫作业的智能清扫机器人。

2主要内容

合理的机械结构是清扫机器人进行正常清扫作业的基础。分析光伏面板清扫机器人的设计要求及详细功能，结合当前我国光伏发电站的实际情况，对光伏面板清扫机器人进行了机械结构设计。

3研究采用的技术方案及措施

清扫机器人的机械结构根据功能不同，可将其分为两大部分，分别为:由两台步进电机驱动，用于带动清扫机器人沿所需要清扫的光伏面板移动的行走机构，和由直流电机驱动滚刷对光伏面板进行清扫的清扫机构。

清扫机器人车体前部装有清扫机构。清扫机构由滚刷、直流减速电机与同步带传动机构构成，同步带轮选择两个20齿的SM同步带轮，将减速电机的动力通过同步带传递至尼龙材质的毛刷。由清扫机器人的硬件电路控制直流减速电机的启停。光伏清扫机器人的总体机械结构如图2-1所示。

由于履带式驱动机构相比于轮式的移动机构对光伏面板的压强小且在光伏面板上运动时不易打滑，因此本文所设计的光伏面板清扫机器人采用履带式移动机构，由两侧的两个步进电机进行驱动。假设清扫机器人重20kg，驱动轮轴线与光伏面板距离50mm，光伏面板倾角450，启动时加速度为0.25m/s2，即经过1s钟就可以加速到正常工作速度0.25m/s。经过计算可得两侧步进电机的主要技术参数如表2-2所示。

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