光伏清扫机器人应用白皮书：组件-支架-机器人智能化协同

CONTENTS目 录01 /全球光伏行业的发展与挑战02 /机器人、组件和支架匹配的难点和挑战1.1 全球光伏市场规模持续扩张1.2 光伏运维技术面临的系统性挑战2.1 组件技术发展对机器人系统的影响2.2 支架技术发展对机器人系统的影响2.3 大型电站复杂生态系统的兼容性挑战03 /机器人、组件与支架的协同设计优化3.1 机器人系统适配技术3.2 组件与机器人适配技术3.3 支架与机器人适配技术术语表参考文献04 /匹配性测试的实施方案探究05 /清扫机器人技术发展的未来展望附录4.1 与支架的匹配性测试方案探究4.2 与组件的匹配性测试方案探究1. 全球光伏行业的发展与挑战1.1 全球光伏市场规模持续扩张全球光伏产业正经历前所未有的高速发展期。根据国际能源署（IEA）最新发布的报告显示，2024年全球新增光伏装机容量突破600GW大关，占可再生能源新增装机总量的75%以上，全球累计装机规模已达2.2TW。这一迅猛发展主要得益于各国政策的有力支持，包括欧盟REPowerEU能源战略、美国《通胀削减法案》（IRA）的税收激励政策，以及中国"十四五"可再生能源发展规划的持续推进。与此同时，光伏电站建设成本在过去十年间累计下降超过80%，使得光伏发电成为最具成本竞争力的能源形式之一。中国在全球光伏市场中继续稳居领导地位。2024年，中国新增光伏装机容量达277.57GW，占全球新增总量的46%，充分彰显了其在全球能源结构转型中的关键角色。与此同时，新兴市场的崛起亦成为拉动全球光伏增长的新引擎。中东及北非（MENA）地区凭借优越的日照资源与能源战略转型的加速推进，2024年累计装机容量已达24GW，其中沙特阿拉伯与阿联酋成为主要贡献国家。拉丁美洲市场同样表现不俗，智利受能源转型紧迫性驱动，2024年装机增速突破40%，而巴西则依托分布式光伏的快速扩张，跃升为南美地区最大的光伏市场。组件价格的持续下探与大型地面电站建设节奏的加快，共同为全球光伏产业的多元化布局注入了新动能。1.2 光伏运维技术面临的系统性挑战随着光伏电站规模的持续扩张，积灰损失（简称“灰损”）问题日益突出，已成为制约全球光伏行业高质量发展的普遍性难题。灰尘、沙尘及花粉等污染物在组件表面的沉积，会降低光吸收效率，平均降幅在4%至8%之间，而在干旱、高尘或沿海等特殊区域，图1 全球光伏发电潜力分布图1甚发电效率的损失甚至可能超过15%。据国际能源署（IEA）测算，2023年因灰损导致的全球经济损失高达40亿至70亿欧元。由于人工成本日益高涨以及单体电站规模从10年前的MW级演变为GW级，人工清扫在很多场景下已经不能适应光伏电站清扫的需求，因此，光伏清扫机器人系统（Automated Robotic Cleaning System, 简称ARCS）的应用越来越广泛。与此同时，组件尺寸持续增大，边框强度降低；跟踪支架技术不断演进，新型支架结构设计层出不穷。这些技术变革在为电站带来更高发电效率的同时，也对电站系统的整体匹配性提出了全新挑战。电站规模的扩大还带来了海量数据处理、设备间无线通信干扰等系统级问题，这些因素共同构成了当前光伏电站运维管理面临的主要技术瓶颈。在此背景下，行业亟需建立完善的匹配性技术标准和测试体系。从机器人轻量化设计、毛刷优化，到组件耐磨损性能提升，再到支架结构强化和通信协议标准化，需要产业链各环节协同创新。特别是在大型地面电站场景下，如何确保机器人、组件和支架三大系统的无缝配合，成为提升电站整体性能和可靠性的关键所在。本白皮书将围绕这些核心问题展开深入探讨，为行业提供系统性的解决方案，指明技术发展方向。2. 机器人、组件和支架匹配的难点和挑战当前主流的光伏清扫机器人采用干挂式设计，即机器人通过行走轮沿组件边框行走，两侧配置停机位和换向位，中间搭设桥架作为机器人运行和停机的载体。这种技术路线决定了清扫机器人的运行与光伏组件及支架（固定式或跟踪式）密切相关，其可靠性也很大程度上取决于组件和支架的性能。随着光伏组件清扫机器人在GW级光伏电站中的规模化应用，电站运营方不仅更加重视机器人带来的经济价值，同时对其技术能力、运行稳定性和清扫效果等性能也有更高要求。面对同一场区内数千台机器人、数万排跟踪支架以及数百万片光伏组件的复杂系统，如何实现各子系统在结构和运行逻辑上的适配，使其既能保持相对独立运行，又能将对关联系统的影响降至最低，2图2 被灰尘覆盖的光伏组件2.1 组件技术发展对机器人系统的影响得益于182mm和210mm硅片的应用，市场上主流的光伏组件功率普遍超过600W甚至达到700W。这类超大尺寸组件给清扫机器人的稳定运行带来额外的挑战，其主要体现在组件尺寸变大，组件边框厚度减薄，组件机械载荷能力降低，使得组件两端在机器人运行时产生较大的变形量。这些变化不仅可能影响组件在整个生命周期内的发电性能，也会影响机器人的实际清扫效果。此外，随着降本压力的增大，组件边框截面减小，材质刚度降低，会导致组件的承载能力降低，从而对机器人的长期可靠运行带来不利影响。已成为行业探索的重要课题。以下三个章节将分别从组件、支架以及系统三个维度，阐述它们与机器人性能的关联性。2.2 支架技术发展对机器人系统的影响光伏支架作为光伏电站的支撑结构，其技术的革新不断重塑着相关领域的发展格局。然而，在行业进步的同时，清扫机器人与支架的配合，尤其是与跟踪支架系统的配合出现了诸多挑战。譬如，伴随着成本压力的增大，支架檩条长度缩短、厚度变薄，使得机器人运行的支撑稳定性大受影响，刚度较弱的檩条叠加上大尺寸的光伏组件，使得机器人在运行时组件产生较大的变形。同时，支架的天线、传动杆等特殊结构，不仅可能干扰机器人行进路径，还会引发电磁干扰或碰撞风险。例如，支架上突出的天线和传动杆可能占据机器人的运行空间，使其在移动过程中面临碰撞风险。此外，由于支架制造与施工精度不足等带来的角度偏差问题，进一步加剧了机器人运行的复杂性。由于制造公差和施工安装误差，相邻支架间的角度难以保持一致，这对机器人桥架的兼容性提出了严苛要求：桥架需具备柔性调节能力以覆盖角度偏差，机器人的运动控制算法也必须引入自适应补偿机制，通过感知手段实时调整行进姿态，避免因轨道对接误差导致卡滞，确保机器人在复杂支架环境下仍能稳定运行。3图3 双排联动跟踪支架对机器人通过性提出挑战图4 跟踪支架凸起的回转齿轮影响机器人通过2.3 大型电站复杂生态系统的兼容性挑战在大型电站系统的运行体系中，技术集成的深度与设备协同的广度，共同构筑起复杂的生态环境，也由此衍生出诸多亟待解决的难题。无线通信作为支架与机器人实现交互的核心桥梁，其稳定性因频段重叠、同频干扰等问题而难以保障。一旦信号传输出现延迟或丢失，机器人便无法及时响应支架的状态变化，进而影响整个系统的稳定。数据传输环节同样存在挑战。由于电站内支架设备来源广泛、型号多样，其数据通信协议缺乏统一规范，导致机器人在获取支架状态、位置等关键信息时，需耗费大量资源适配不同协议。这不仅增加了