在全球氣候變暖及化石能源日益枯竭的大背景下，可再生能源開發利用日益受到國際社會的重視，大力發展可再生能源已成為世界各國的共識。
太陽能發電技術可以分為光伏發電和光熱發電。光熱發電由於其優良的深度調峰效能和低成本儲能特性，與風電、光伏發電形成了有效的互補生態，真正成為安全、綠色、經濟型清潔能源系統的重要組成部分。
光熱發電包括塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾式，其中塔式太陽能光熱發電技術因其熱傳遞路程較短、熱損耗少、集熱效率較高等優勢而備受關注。
定日鏡是塔式太陽能光熱電站系統中太陽能的重要採集單元，其表面清潔度是影響鏡場聚光效率的重要因素，表面清潔度影響著定日鏡反射光的強度，從而影響吸熱器吸收太陽的能量。太陽能光熱電站通常建在沙漠、戈壁等環境條件比較複雜的野外，定日鏡鏡面上會時常附著和積累灰塵等小顆粒，這使得定日鏡反射率大大降低，從而影響整個電站的發電效率。保證定日鏡鏡面的高畫質潔度，是確保整個光熱電站高效執行，提高發電效率的重要保障。
相對惡劣的自然條件給鏡面的清潔也帶來一定的難度。而鏡面的潔淨度對於電站聚光效果卻至關重要，因此鏡面清洗是光熱電站運維過程中不容忽視的一部分，也是目前大型商業化光熱電站如何運維面臨的一個新的課題。
一、光熱電站定日鏡地理環境及清洗要求
1、地理環境要求
定日鏡是塔式太陽能光熱電站的關鍵聚光裝置之一，用於將太陽光線透過鏡面反射傳送至光熱塔的吸熱器，以加熱熔鹽等傳熱介質最終帶動汽輪機發電。
定日鏡現場清洗通道主要為沙石、硬土等越野路面，一般地，鏡行兩側清洗通道地面高差≤300mm，鏡行清洗通道前進方向6m距離內地面高差≤500mm，清洗通道路面坑槽深度≤150mm，相鄰定日鏡高差≤400mm。清洗時，定日鏡的姿態可依據清洗裝置的結構特點進行調節。對跨越式清洗裝置，清洗時定日鏡需處於水平姿態，鏡面離地距離3129±300mm，機器人沿定日鏡長度方向對定日鏡進行清洗（如下圖）。對臂架式清洗裝置，定日鏡需調整至傾斜狀態，並使被清洗的各個鏡面保持一致的傾斜角度以提高畫質洗效率。
圖 30m2定日鏡與清洗通道環境
2、定日鏡清洗要求
由於大規模太陽能光熱發電站的定日鏡數量多，其高效高質清洗對於電場的運維至關重要。當前，鏡場大部分採用人工清洗車進行清洗，該方法清洗速度慢，成本高，清洗費時，而且清洗間隔週期較長，不利於鏡面高畫質潔度的保持。此外，現有的自動清洗裝置都是需要安裝在每個定日鏡兩側或定日鏡上方，這些僅僅適用於定日鏡數量不多的小鏡場的清洗。因此規模化的無人化的機器清洗具有非常突出的綜合經濟優勢。同時，定日鏡清洗裝置屬於塔式光熱電站鏡場運維繫統的關鍵裝置之一，其設計和投入執行的好壞，直接關係到光熱電站的總效率，對光熱電站的長期、穩定、高效執行具有至關重要的作用。
清洗時要求機器人設定2套可獨立控制清洗動作的清洗單元模組，每個清洗單元模組包含1套清洗刷輥，並配置獨立的噴水系統，在清洗作業時可同時工作，2套清洗單元可在三維空間內具備升降、橫向調姿等自動調節功能，可有效保證清洗機構與鏡面間的平行姿態。機器人前方應安裝可用於預判是否有鏡面需要清洗及檢測前方鏡面位置高度的感測器，每套清洗刷輥應安裝相應的感測器用於監測清洗刷輥與鏡面間距離。為保證清洗時不損傷定日鏡面，要求機器人移動過程中運動平穩，頂部清洗機構的擺動量不大於15mm。
二、定日鏡清潔方式的研究
目前，依據定日鏡的大小，定日鏡清洗裝置分為小型機器人、中型和大型清洗裝置。
圖：人工駕駛的水投射式清洗車
圖：接觸式反射鏡自動清洗機器
隨著自動駕駛技術的迅猛發展，無人化清洗機器人已成為主要的發展方向。
初期使用的機器人，對光熱發電站所處地理環境的越野路面適應性差，存在以下不足之處：
1、橫坡機架側向受力不能自平衡，致使機器人結構變形，可靠性差；
2、平臺在縱橫坡工況下不能自動調平而致使清掃裝置調節頻繁，降低清洗效率；
3、清洗裝置雙掃刷一起調節，由於慣性大，調節靈敏性差，對於鏡面的貼合度不好，從而導致清洗效果不理想等問題，使無人化清洗機器人的推廣應用受到限制。
昊智科技自主研發出了跨越式和臂架式兩個系列的自行走定日鏡清洗機器人，成為提升光熱發電效率的新引擎！
為解決當前機器人使用過程中的技術問題，提高畫質洗效率和無人化清洗機器人的可靠性，解決越野路面對機器人工作效率的影響，安徽昊智科技有限公司針對光熱發電站的地理環境特點，結合定日鏡的清洗要求，在充分研究現有清洗機械的基礎上，研發出了具有主體平臺可柔性主動調平、可適應縱坡和橫坡、具有作業環境自主與自動識別、清洗裝置自動適應定日鏡鏡面、脈衝式水壓清洗系統的跨越式和臂架式兩個系列的自行走式定日鏡清洗機器人。
自行走式定日鏡清洗機器人的產品特點：
1、無需人工駕駛，可沿鏡面自動運動進行清洗；
2、主體平臺可柔性主動調平；
3、可適應縱坡和橫坡；
4、具有作業環境自主與自動識別；
5、清洗裝置自動適應定日鏡鏡面；
6、脈衝式水壓清洗系統。
昊智科技研發的機器人，在對定日鏡合理、有效清潔的同時，極大地提高了光熱和光電的轉換效率，從而降低了光熱發電專案每瓦的實際投資成本，同時也降低了電站的運維成本，保證了電站的運轉效率，這兩種清洗機器人對於國內一些地處風沙較大地區的光熱專案來說具有一定的優勢
。
圖 基於環境感知具有柔性自動調平平臺的清洗機器人
三、昊智科技自主研發的自行走式定日鏡清洗機器人技術優勢：
1、昊智科技研發的自行走式定日鏡清洗機器人包括以下幾個部分：
柔性自動調平工作平臺（門架式和橋式）、分散式冗餘動力系統、含有獨立轉向和獨立主動懸掛的分散式驅動系統、姿態可獨立調節的環境自主感知清洗單元、脈衝式水壓清洗系統、基於CAN匯流排的分散式控制系統、自主導航控制系統等。
2、自行走式定日鏡清洗機器人的技術優勢
a、先進的底盤懸掛技術
跨越式機器人的主動懸掛系統採用與懸掛臂十字鉸接的雙輪支撐，可自動適應橫坡，消除因橫坡形成的對門架的側向力，從而使門架的變形最小化，保證裝置使用的可靠性。雙輪機構採用輪履互換結構，可依據地形特點選用輪胎或橡膠履帶，利用橡膠履帶結構，可以減小接地比壓，提高裝置的透過性。
臂架式機器人的主動懸掛系統採用雙橫臂主動懸掛，橫坡的適應性依賴三角履帶輪內部的橫坡適應器來進行調整，縱坡利用主動懸掛四輪調平。
圖 橫坡適應性
b、 柔性主動調平工作平臺
為保證機器人在越野路面上移動時的平穩性，柔性主動懸掛單元透過感知平臺的俯仰角和搖擺角，主動調節每個懸掛的高度，自動對平臺進行調平。進一步透過分析俯仰角和搖擺角的組合特徵，可針對25種工況進行平臺的等高調平，保證工作平臺在越野路面上行駛時的穩定性，進而保證清掃裝置的作業平穩性。
圖 柔性主動調平控制系統
c、 環境感知清洗裝置
具有環境感知的清掃單元包括超前感知系統與姿態調整系統。超前感知系統在清掃裝置接近或離開鏡面時感應鏡面的與清洗裝置的距離，為清洗裝置進行距離調整提前感知鏡面，從而減小清洗裝置的調整時間，提高畫質洗效率。
圖 環境感知清洗裝置
姿態調整系統包括平面貼合度控制系統與鏡面覆蓋度控制系統。利用安裝於清洗裝置四個角點處的位置檢測感測器，可以檢測清洗刷與鏡面的貼合度，如兩側感測器的數值相比較超差，則控制執行器調整清洗裝置的擺角，以保證兩者的貼合精度。如一側的感測器超出鏡面，則透過臂架控制器調整清洗刷與鏡面的覆蓋度。
清洗裝置上的安全裝置用於防止因為控制裝置失靈而導致清洗裝置觸碰鏡面，可保證工作的安全性。
d、 具有自主路徑識別的定位導航系統
利用RTK+GPS導航系統，機器人可實現高精度的定位導航執行，
自動設定和記憶行駛路線；
在白天、夜間均可無人化作業。融合雙目識別系統，透過識別路徑邊界、定日鏡支柱、障礙物等，機器人可實現自主路徑重新規劃、避障功能，並透過深度學習，對作業路徑進行精確修訂，實現精準導航。同時，透過雙目感測器感知定日鏡的姿態，可預先調整清洗裝置的姿態，提高畫質洗效率。
e、脈衝式水壓清洗系統
與普通的噴水系統相比，脈衝式水壓系統可實現在同等清洗面積下節約水量、提升清洗效果的作用。
四、定日鏡清洗機器人的測試分析
透過實驗模擬和功能試驗機的實踐，對自走式清洗機器人的作業自調平功能、清洗裝置的智慧感知與控制功能、無人作業功能和安全功能進行了測試。
結果表明，在目標實驗條件下（通道地面高差≤300mm，通道前進方向6m距離內地面高差≤500mm，清洗通道路面坑槽深度≤150mm，相鄰定日鏡高差≤400mm），機器人可實現的效能如下：
1）機器人底盤可實現等高度自調平，底盤的搖擺角和俯仰角可控制在0。1度的範圍之內。
2）清洗裝置可提前感知被清洗裝置的高度和姿態，並進行超前調節，與被清洗物件的貼合度可實現在清掃裝置範圍內小於2mm。
3）過間隙（一面定日鏡與另一面定日鏡之間的間隙）時，清掃裝置可自動進行高度方向的調整，以適應被清掃物件的高度變化。可調節範圍為800mm。
4） 臂架式機器人與跨越式機器人相比，臂架式機器人可適應窄通道內的作業、作業範圍大、調節自由度多等優點。跨越式機器人則在清洗過程中的平穩性更優。
5） 機器人可實現規定路徑的自主導航作業，進行無人化作業。路徑偏差可控制在8mm以內。
昊智科技研發的定日鏡清掃機器人，具備智慧化、柔性化、視覺化，節能、降噪，可靠性、可維修性強，執行經濟性，綠色環保等特點，既減少人工成本又能提高系統的整體效率，
為定日鏡的正常執行維護和光熱電站的高效率執行提供了重要保障。
本文由安徽昊智科技有限公司首席科學家高英傑教授撰寫，嚴禁摘抄。