本發(fā)明涉及一種太陽能電池板自動掃雪裝置，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太陽能作為一種潔凈的可再生能源得到了越來越多的重視。然而，在太陽能面板使用過程中，我們會遇到很多實(shí)際問題。本次設(shè)計(jì)便是針對冬日下雪天家庭太陽能電池板使用受限的問題，我國北方大部分地區(qū)一到冬日便會下起大雪，積雪便覆蓋太陽能電池板，擋住了陽光，從而導(dǎo)致太陽能電池發(fā)電效率下降甚至無法發(fā)電，因此需要及時清理電池板上的積雪。但是由于太陽能電池板裝置通常安裝在樓頂或者比較高的地方，人工清理太陽能板上的積雪十分不方便。因此，設(shè)計(jì)發(fā)明一套自動清掃裝置具有很現(xiàn)實(shí)的意義。本發(fā)明針對我國北方冬天太陽能電池板被大雪覆蓋而無法正常工作這一現(xiàn)實(shí)問題，設(shè)計(jì)一套實(shí)現(xiàn)自動控制掃雪動作的機(jī)械裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池板自動掃雪裝置，不僅能夠掃雪，而且能夠一定程度上清除太陽能電池表面的污垢，并且提高光潔度，進(jìn)而提高太陽能電池的工作效率和轉(zhuǎn)化效率。

本發(fā)明提出了一種太陽能電池板自動掃雪裝置，該裝置包括太陽能電池板、傳動機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)以及支架四個部分。其中太陽能電池板固定在支架上；支架兩端與傳動機(jī)構(gòu)通過螺栓連接；傳動機(jī)構(gòu)中的滾珠絲杠螺母與清掃機(jī)構(gòu)通過螺釘連接。傳動機(jī)構(gòu)包括傳動步進(jìn)電機(jī)、清掃步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠以及相應(yīng)的軸承。清掃機(jī)構(gòu)由清掃步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器和清掃裝置組成。其中清掃裝置包括清掃裝置防護(hù)罩兩端的塑料雪鏟和在清掃步進(jìn)電機(jī)下自轉(zhuǎn)的滾筒毛刷；清掃裝置在導(dǎo)軌上來回滑動。

傳動步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器把扭矩傳給右滾珠絲杠，與此同時，通過傳送帶把扭矩傳遞到左滾珠絲杠，這樣就保持了清掃裝置兩端的滾珠絲杠是同步穩(wěn)定運(yùn)行的。

滾珠絲杠連接工作臺進(jìn)而控制清掃機(jī)構(gòu)在太陽能電池板上移動。在此過程中，清掃步進(jìn)電機(jī)也通過聯(lián)軸器帶動滾筒毛刷進(jìn)行自轉(zhuǎn)，兩個運(yùn)動疊加在清掃機(jī)構(gòu)上，提高了除雪效率。

清掃機(jī)構(gòu)安裝時要求精度比較高，以免除雪時刮壞太陽能電池板而破壞發(fā)電結(jié)構(gòu)，因此其絲杠螺母座和清掃裝置底座采用微調(diào)機(jī)構(gòu)。微調(diào)機(jī)構(gòu)由彈簧和精密螺栓組成，精密螺栓用于聯(lián)結(jié)絲杠螺母座和清掃裝置底座，在兩底座底板之間的精密螺栓中部套上彈簧，這樣就能根據(jù)滾筒毛刷的變形量判斷應(yīng)調(diào)整的高度，轉(zhuǎn)動螺母便能精密調(diào)節(jié)清掃裝置支架的高度。另外加上彈簧后還可以吸收一定量的沖擊載荷。

根據(jù)天氣條件，設(shè)計(jì)出能自動檢測積雪狀況，并能實(shí)現(xiàn)自動啟停的控制系統(tǒng)。當(dāng)太陽能電池板上無積雪時，傳動機(jī)構(gòu)和清掃機(jī)構(gòu)均不運(yùn)行，清掃裝置停留在太陽能電池板的上端，這樣就不會擋住太陽光而影響發(fā)電。根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，清掃裝置也能停留在太陽能電池板的下端。

當(dāng)太陽能電池板上有積雪時，由傳感器反饋檢測積雪厚度的信號，當(dāng)超過事先設(shè)定的值，則認(rèn)為積雪擋住了太陽能電池板，需要進(jìn)行清掃積雪。

傳動步進(jìn)電機(jī)，在太陽能電池板的頂端和底部均設(shè)有行程開關(guān)，當(dāng)掃雪裝置從上而下清除積雪到達(dá)底端觸發(fā)行程開關(guān)，此時電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，滾珠絲杠帶動掃雪裝置向上運(yùn)動，到達(dá)頂端時，同樣觸發(fā)行程開關(guān)，電機(jī)停止。此時清掃裝置在太陽能電池板頂端，避免了遮擋太陽光。當(dāng)傳感器信號再次反饋有積雪信號時，清掃裝置反復(fù)進(jìn)行上述動作。

本發(fā)明提出的一種太陽能電池板自動掃雪裝置，不僅能夠掃雪，而且能夠一定程度上清除太陽能電池表面的污垢，提高光潔度，最終提高太陽能電池的工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種太陽能電池板自動掃雪裝置的主視圖；

圖2為本發(fā)明傳動機(jī)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明清掃裝置示意圖；

圖4為本發(fā)明清掃裝置與太陽能板的連接示意圖；

圖1中，1、行程開關(guān)s12、光電開關(guān)3、左滾珠絲杠4、導(dǎo)軌5、太陽能電池板6、清掃步進(jìn)電機(jī)7、行程開關(guān)s28、單片機(jī)9、清掃裝置10、傳送帶11、傳動步進(jìn)電機(jī)12、聯(lián)軸器13、滾動軸承14、右滾珠絲杠

圖2中，15、支架16、絲杠螺母

圖3中，17、塑料雪鏟18、滾筒毛刷19、清掃裝置防護(hù)罩

圖4中，20、彈簧。

具體實(shí)施方式

根據(jù)天氣氣候條件，設(shè)計(jì)出能自動檢測積雪狀況，并能實(shí)現(xiàn)自動啟停的控制器。通常情況下，傳動機(jī)構(gòu)和清掃機(jī)構(gòu)都不運(yùn)行，清掃裝置停留在太陽能電池板的上端，避免擋住太陽能電池板而影響發(fā)電效率。當(dāng)太陽能電池板上有積雪覆蓋時，由傳感器反饋監(jiān)測的積雪厚度的信號，當(dāng)超過事先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，則此時認(rèn)為積雪擋住了太陽能電池板，需要進(jìn)行積雪清掃。

如圖1所示，以清掃裝置在太陽能電池板上端為例。在傳感器傳輸信號時，光電開關(guān)（2）輸出為1即輸入單片機(jī)（8）為1，單片機(jī)輸出控制信號控制傳動步進(jìn)電機(jī)（11）和清掃步進(jìn)電機(jī)（6）轉(zhuǎn)動，傳動步進(jìn)電機(jī)（11）通過聯(lián)軸器（12）把扭矩傳給右滾珠絲杠（14），與此同時，通過傳送帶（10）把扭矩傳遞到左滾珠絲杠（3），這樣就保持了太陽能電池板（5）兩端的左、右滾珠絲杠（3）（14）是同步穩(wěn)定運(yùn)行的。左右滾珠絲杠（3）（14）轉(zhuǎn)動，通過滾珠絲杠螺母（16）帶動清掃裝置（9）向下移動。選用按鈕式行程開關(guān)s1（1）、s2（7），分別安裝在滾珠絲杠（3）上端和下端，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動滾珠絲杠螺母（16）和清掃裝置（9）運(yùn)動到面板下部，此時便會碰到開關(guān)s2（7），傳動步進(jìn)電機(jī)（11）便會反轉(zhuǎn)，使得清掃裝置（9）回到太陽能電池板（5）上部，此時觸發(fā)到開關(guān)s1（1），清掃步進(jìn)電機(jī)（6）和傳動步進(jìn)電機(jī)（11）便會停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)傳感器信號再次為1時，反復(fù)進(jìn)行上述動作。

如圖2所示，傳動步進(jìn)電機(jī)（11）通過聯(lián)軸器（12）帶動滾珠絲杠（3）傳動，使?jié)L珠絲杠螺母（16）向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)清掃裝置（9）的移動。

如圖3所示，清掃裝置（9）的兩端均裝有塑料雪鏟（17），傳動步進(jìn)電機(jī)1帶動塑料雪鏟（17）清除積雪，而清掃步進(jìn)電機(jī)（6）使?jié)L筒毛刷（18）實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)，完成掃雪。塑料雪鏟（17）的材料選用pa6+gf20(30)，它有良好的機(jī)械性能，耐高溫、耐低溫、耐久性良好，并且質(zhì)量輕。

如圖4所示，安裝時精度要求比較高，以免除雪時刮壞太陽能電池板（5）而破壞發(fā)電結(jié)構(gòu)，因此在絲杠螺母座和清掃裝置底座采用微調(diào)機(jī)構(gòu)。在兩板之間的螺栓處加上彈簧（20），這樣就能根據(jù)毛刷的變形量判斷應(yīng)調(diào)整的高度，轉(zhuǎn)動螺母便能調(diào)節(jié)清掃機(jī)構(gòu)毛刷架高度。另外加上彈簧后還可以吸收一定量的沖擊載荷。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種太陽能電池板自動掃雪裝置。它包括傳動機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)。其中在支架上固定太陽能電池板；支架兩端與傳動機(jī)構(gòu)通過螺栓連接；傳動機(jī)構(gòu)中的絲杠螺母與清掃機(jī)構(gòu)通過螺釘連接。傳動機(jī)構(gòu)包括傳動步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠以及相應(yīng)的軸承。清掃機(jī)構(gòu)由清掃步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、清理刷組成。控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對積雪厚度的準(zhǔn)確控制，使電機(jī)能夠間歇有目的的運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)省電能。本發(fā)明提出的一種太陽能電池面板自動掃雪裝置，不僅能夠掃雪，而且能夠一定程度上清除太陽能電池表面的污垢，提高光潔度，進(jìn)而提高太陽能電池的工作效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉勇;李凱麗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京化工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.05
技術(shù)公布日：2017.10.13