一、项目概述

1.1 项目背景

随着全球光伏装机规模持续扩大，光伏组件表面积灰、污渍导致的发电量衰减已成为影响电站收益的核心问题。传统人工清洗、水车清洗方式存在效率低、耗水量大、运维成本高、高空作业安全风险大等痛点，沙漠、戈壁、山地等复杂地形电站的人工运维难度更高。数据显示，积灰可导致光伏组件发电量损失5%-15%，而传统清洁方式难以实现高频次、全覆盖运维。本项目采用ODM定制研发模式，开发X7plus履带式光伏清洁机器人，面向集中式地面电站、工商业屋顶电站等多场景，实现高效、节水、自动化的光伏组件清洁运维，帮助电站降低运维成本、提升发电收益。

1.2 项目核心定位

X7plus太阳能清洗小车定位为“高效全地形+智能轻量化”的光伏组件专用清洁机器人，以双滚刷高效清洁为核心，以全地形自适应行走、多场景适配为基础，覆盖沙漠戈壁、工商业屋顶、农光互补等全类型光伏电站，为光伏运维提供高可靠、低成本的自动化清洁解决方案。

1.3 项目研发目标

• 完成履带式行走机构与清洁机构研发，行走速度最高可达40m/min，支持三档调速，适配不同污染程度清洁需求
• 实现多传感器融合导航与防护，光伏板边缘识别精度±5mm，自动纠偏与防跌落响应时间≤100ms
• 标配大容量锂电池，单电池续航≥4小时，支持快充与快换，满足单日大面积清洁作业需求
• 完成智能运维平台开发，支持远程监控、任务调度、数据统计，可选配自主导航与无人值守作业功能

二、需求分析

2.1 功能需求

2.2 性能指标需求

• 清洁性能：标准清洁宽度1.2m，清洁覆盖率≥99.7%；灰尘去除率≥95%；干洗模式清洁效率最高48㎡/min，适配大面积电站快速清洁
• 行走性能：履带式防滑底盘，最大行走速度40m/min，支持三档调速；可适应15°以内倾角光伏面板，跨越组件边框高度≤25mm，适应组件高低落差≤50mm
• 续航性能：标配锂电池容量≥20Ah，单电池连续作业续航≥4小时；快充时间≤1.5小时，支持电池快换，实现不间断作业
• 可靠性能：整机防护等级IP65，适应-20℃~60℃工作环境；平均无故障工作时间（MTBF）≥1000小时；可抵御8级大风作业，防风锁止结构抵御16级阵风

2.3 应用场景适配需求

• 集中式地面电站场景：适配沙漠、戈壁、平原大型地面电站，要求清洁效率高、续航长、抗风沙，支持多机集群作业，降低大面积电站运维成本
• 工商业屋顶电站场景：适配厂房屋顶、商业建筑分布式电站，要求轻量化机身、防跌落、易搬运，适配屋顶组件排布不规则的清洁需求
• 农光/渔光互补电站场景：适配高架、水上光伏电站，要求高防护等级、防腐蚀、适应组件倾角变化，适配人工难以抵达的特殊电站场景
• 山地光伏电站场景：适配地形复杂、组件排布不规则的山地电站，要求强越障能力、自适应行走，适配坡度变化与组件错位的复杂环境

2.4 合规与认证需求

产品设计符合《光伏组件清洁机器人通用技术条件》GB/T 44264-2024国家标准，满足CE、FCC、ROHS通用合规要求；电气设计符合GB 4706.1家用和类似用途电器安全标准；防护等级符合IP65防尘防水标准；生产体系适配ISO 9001质量管理体系要求，可配合客户完成电站运维相关行业认证。

三、总体架构设计

3.1 系统整体架构

本系统采用端-边-云分层架构设计，从终端设备到云端平台分为四层架构，各层接口标准化、功能解耦，保障系统稳定性与可扩展性，同时满足光伏电站的高可靠、智能化运维需求。

1. 终端执行层：X7plus清洁机器人本体，负责行走驱动、清洁作业、环境感知、状态采集，是清洁任务的核心执行单元
2. 边缘控制层：遥控终端与现场网关，负责本地设备操控、任务下发、实时数据处理，保障现场作业低时延控制
3. 网络传输层：通过4G/5G、LoRa、WiFi实现设备互联互通，基于加密协议传输控制指令与运维数据，适配电站偏远网络环境
4. 云端管理层：光伏运维管理平台，实现多设备集群调度、数据统计分析、远程运维、OTA升级，支撑电站规模化智能运维

3.2 核心器件选型

• 主控单元：选用32位ARM Cortex-M4内核工业级MCU，主频≥168MHz，内置丰富外设接口，满足运动控制、传感器采集、通讯处理实时运算需求。
• 驱动单元：采用双直流无刷伺服电机+精密减速机一体化驱动模组，全密封结构，防护等级IP66，提供充足行走扭矩，适配斜坡与越障需求。
• 清洁执行单元：双滚刷独立驱动无刷电机，转速0-330rpm无级可调；刷毛采用超软尼龙复合材质，不伤光伏板减反射涂层，耐磨寿命长。
• 感知传感器：标配红外边缘传感器、超声波避障传感器、倾角传感器、防跌落传感器；可选配激光雷达、视觉相机，实现自主导航与清洁效果检测。
• 电源单元：采用大容量磷酸铁锂电池组，循环寿命≥2000次，配备BMS保护板，支持快充与快换，适配户外长时间作业需求。

3.3 设计原则

• 高效清洁原则：以提升清洁效率与洁净度为核心，优化清洁机构与行走速度匹配，最大化电站发电量提升收益
• 安全可靠原则：多重安全防护机制，完善的防跌落、防碰撞、防风设计，保障设备与光伏组件安全，适应户外恶劣环境
• 场景适配原则：模块化软硬件设计，支持清洁宽度、续航、导航功能按需配置，快速适配不同类型光伏电站
• 运维便捷原则：轻量化、模块化结构设计，易搬运、易维护，降低现场运维人员操作难度与成本

四、硬件研发设计方案

4.1 硬件整体框架

机器人硬件围绕主控MCU展开，分为六大功能单元：行走驱动单元、清洁执行单元、感知传感单元、电源管理单元、通讯与控制单元、安全防护单元。所有单元采用模块化布局，标准版与高配版共用核心电路，仅对感知模块、清洁模块进行差异化选配。

4.2 核心功能单元设计

4.2.1 行走驱动单元

• 采用双履带对称式底盘设计，履带表面粘接防滑耐磨橡胶材质，增大与光伏板摩擦力，湿滑板面仍可稳定行走，最大适应15°倾角
• 左右履带独立驱动，采用一体化无刷伺服电机+行星减速机方案，传动效率高、扭矩大，支持差速转弯，最小转弯半径≤0.5m
• 行走速度三档可调（20/30/40m/min），适配轻度积灰高速清洁、重度污渍低速深度清洁，支持定速巡航功能
• 底盘结构采用航空铝合金材质，轻量化高强度，整机重量≤22kg，便于人工搬运与跨阵列转移

4.2.2 清洁执行单元

• 采用双滚刷反向旋转清洁结构，标准清洁宽度1.2m，可定制1.0m/1.5m不同宽度，适配不同尺寸光伏组件
• 滚刷采用超软尼龙复合刷毛，密度≥120根/平方厘米，弹性模量≤5MPa，清洁时不损伤光伏板减反射涂层；滚刷支持快拆结构，便于更换维护
• 标配干洗模式，滚刷反向旋转掸起灰尘并吹扫脱落；可选配水洗模式，集成雾化喷淋系统，耗水量50-200ml/min可调节，尾部硅胶刮水条实现无水渍残留
• 双滚刷独立电机驱动，转速0-330rpm无级可调，可根据污染程度自动匹配转速，兼顾清洁效果与能耗

4.2.3 感知传感单元

• 标配多组红外边缘传感器，精准识别光伏板边界与组件间隙，最小可识别2cm间隙，触发防跌落保护响应时间≤100ms
• 配备超声波避障传感器，识别前方障碍物与组件高低落差，提前减速或停车，避免碰撞损伤光伏组件
• 内置倾角传感器，实时监测机身倾斜角度，超阈值自动告警并锁止，防止斜坡侧滑风险
• 可选配激光雷达+视觉相机模块，实现SLAM建图、自主路径规划、清洁效果检测，适配无人值守全自动作业

4.2.4 电源管理单元

• 采用24V大容量磷酸铁锂电池组，标配容量20Ah，可选配30Ah大容量版本，单电池连续作业续航4-6小时
• 集成智能BMS电池管理系统，具备过充、过放、过流、过温、短路全维度保护，保障电池安全可靠运行
• 支持电池快拆快换结构，无需工具即可更换电池，实现不间断连续作业；标配快充充电器，1.5小时即可充满
• 可选配光伏自充电模块与自动回充坞，机器人低电量自动返回充电，适配无人值守长期运维场景

4.2.5 通讯与控制单元

• 标配工业级2.4G无线遥控器，遥控距离≥200米，抗干扰能力强，适配电站开阔环境操控；遥控器带显示屏，实时显示设备电量、速度、故障状态
• 可选配4G/5G、LoRa通讯模块，实现远程联网控制与数据上传，适配偏远电站远程运维
• 机身配备物理按键与状态指示灯，支持本地启停、调速、模式切换，故障状态灯光+蜂鸣双重告警
• 预留调试接口与扩展接口，支持功能升级与定制化外设对接

4.2.6 安全防护单元

• 多重防跌落保护：红外边缘检测+机械防撞条+软件减速策略，三级防护确保机器人不会从光伏板边缘坠落
• 整机防护等级IP65，防尘防水，可适应沙尘、阴雨等恶劣天气，满足户外全工况作业需求
• 配备急停按钮与远程急停功能，紧急状态下立即切断动力，保障设备与人员安全
• 可选配防风锁止机构，大风天气自动锁止履带，抵御16级阵风，防止设备移位滑落

4.3 PCB与结构设计

• PCB设计：采用4层板设计，强弱电分区布局，完整电源地平面保障信号完整性；功率回路与控制回路隔离设计，减少电磁干扰；所有接口集成ESD与浪涌防护，适应户外复杂电磁环境；控制板做三防漆喷涂处理，提升防潮防腐蚀能力。
• 结构设计：整机采用模块化铝合金框架，铆接工艺组装，重量轻、强度高、抗腐蚀；机身表面做氟碳烤漆处理，适应户外紫外线、风沙环境；清洁滚刷、电池、履带均采用快拆模块化设计，无需工具即可快速更换维护；可定制机身颜色与LOGO，适配客户品牌需求。

五、软件研发设计方案

5.1 软件整体架构

采用分层模块化软件架构，分为机器人端固件、遥控终端软件、云端运维平台三大部分，各层接口标准化，模块解耦，便于功能扩展与场景化定制迭代。

• 硬件驱动层：实现电机驱动、传感器驱动、通讯模块、电源管理等底层硬件驱动
• 系统内核层：基于实时操作系统，实现任务调度、设备管理、内存管理、电源管理
• 算法协议层：集成运动控制算法、边缘识别算法、导航路径规划算法、通讯协议栈、OTA升级协议
• 业务应用层：实现核心业务逻辑，包含行走控制、清洁控制、安全防护、任务管理、设备运维等功能模块

5.2 核心功能模块开发

5.2.1 运动控制模块

• 双履带差速运动控制算法，实现平稳启停、精准调速、平滑转弯，避免起步冲击与打滑
• 自动纠偏算法，实时检测机器人在光伏板上的位置偏差，自动调整行走方向，保持沿组件直线行进
• 斜坡自适应调速，根据倾角传感器数据自动调整行走速度与电机扭矩，保障斜坡稳定行走不打滑
• 定速巡航功能，设定速度后保持恒速清洁，适配长阵列直线作业，减少人工操作

5.2.2 清洁控制模块

• 滚刷转速自适应调节，根据行走速度自动匹配滚刷转速，保障不同速度下清洁效果一致
• 干洗/水洗双模式切换，水洗模式下自动联动喷淋系统与刮水条，实现喷、刷、刮一体化清洁
• 深度清洁模式，针对鸟粪、油污等重污渍区域，自动降低行走速度、提升滚刷转速，实现深度清洁
• 清洁耗材寿命管理，实时统计滚刷使用时长，达到寿命阈值自动提醒更换，保障清洁效果

5.2.3 安全防护模块

• 多级防跌落保护逻辑，边缘检测预警时先减速，到达边界立即停车并反向退回，确保不滑落
• 障碍物避障逻辑，检测到前方障碍物自动减速，距离过近立即停车，避免碰撞损伤组件
• 故障分级保护机制，轻度故障告警提示，严重故障立即停机锁止，保障设备与组件安全
• 断电保护功能，意外断电时自动锁止电机，防止机器人溜车滑落

5.2.4 导航与自主作业模块

• 标配半自动模式，人工引导一次后自动记忆路径，支持同阵列重复自主清洁
• 选配全自动导航模式，基于激光SLAM建图与路径规划算法，实现全自主阵列清洁、跨板转移、自动避障
• 任务调度功能，支持定时清洁、分区清洁、周期清洁任务配置，适配无人值守电站运维
• 清洁效果评估，可选配视觉检测功能，识别清洁后污渍残留，自动补清洁未达标区域

5.2.5 运维管理与OTA模块

• 云端运维平台：可视化展示所有机器人实时位置、作业状态、设备状态，支持任务派发、参数远程配置
• 数据统计分析：自动统计清洁面积、作业时长、发电量提升估算、设备利用率，生成运维报表，辅助电站运营决策
• 故障诊断管理：支持故障码上报、远程故障诊断、运维提醒，降低现场排查成本
• OTA远程升级：支持机器人固件、平台系统远程升级，采用双分区备份机制，升级失败自动回滚

5.3 模块化可裁剪设计

软件功能采用模块化编译架构，通过配置开关实现功能按需裁剪，可快速生成不同定位的版本，满足客户差异化需求：

• 基础遥控版：包含手动遥控行走清洁、基础安全防护、定速巡航功能，适配小型电站、低成本运维需求
• 半自动增强版：增加自动纠偏、路径记忆、重复作业功能，降低人工操作强度，适配中型电站
• 全自动导航版：增加激光雷达建图、自主路径规划、无人值守作业功能，适配大型集中式电站
• 集群运维版：增加多机集群调度、电站运维平台、数据统计分析功能，适配规模化电站集团化运维

六、多场景适配落地方案

6.1 集中式地面电站场景适配

• 硬件配置：选用1.2m标准清洁宽度，大容量长续航电池，选配4G通讯与多机集群网关，抗风沙IP65加强防护
• 软件配置：优化高速清洁模式，支持多机集群调度、分区作业、任务批量派发，适配大面积电站高效运维
• 应用价值：清洁效率远超人工，大幅降低运维人力成本，高频清洁提升发电量10%-20%，投资回报周期短

6.2 工商业屋顶电站场景适配

• 硬件配置：选用轻量化机身设计，1.0m窄幅清洁宽度，增强防跌落防护，便携快拆结构便于屋顶搬运
• 软件配置：优化边缘识别与自动纠偏，适配屋顶不规则组件排布，支持分区路径记忆作业
• 应用价值：替代人工高空清洁作业，降低安全风险，提升屋顶电站运维频次，保障发电效率

6.3 农光/渔光互补电站场景适配

• 硬件配置：选用加强防腐机身，IP65全密封防护，适配高湿、高腐蚀环境；选配水洗喷淋系统，适配水上清洁场景
• 软件配置：优化斜坡自适应与倾角保护，适应高架组件倾角变化，支持远程操控减少人工现场作业
• 应用价值：解决高架、水上电站人工运维难度大的问题，降低作业安全风险，实现常态化清洁运维

6.4 山地光伏电站场景适配

• 硬件配置：选用高扭矩驱动电机，增强越障能力，加强履带防滑性能，适配复杂地形与组件错位
• 软件配置：优化地形自适应算法与多传感器融合避障，适配不规则组件排布与坡度变化
• 应用价值：解决山地电站人工清洁难度大、效率低的痛点，实现复杂地形电站全覆盖清洁

七、研发进度与里程碑

八、质量管控与测试方案

8.1 硬件测试方案

• 基础性能测试：电源稳定性测试、续航测试、行走速度测试、清洁效率测试、电机负载能力测试
• 可靠性测试：高低温循环测试、湿热测试、防尘防水IP65测试、振动测试、长时间连续老化测试
• 安全防护测试：防跌落功能测试、避障响应测试、急停功能测试、斜坡防滑测试、防风锁止测试
• 环境适应性测试：不同倾角面板行走测试、越障能力测试、沙尘环境测试、湿滑板面测试

8.2 软件测试方案

• 功能测试：全功能点遍历测试，包含行走控制、清洁功能、遥控功能、安全防护、导航功能等所有功能
• 性能测试：纠偏精度测试、防跌落响应时间测试、导航定位精度测试、长时间运行稳定性测试
• 兼容性测试：不同类型光伏组件适配测试、不同网络环境通讯稳定性测试、多设备集群调度测试
• 异常测试：断电重启测试、信号丢失测试、故障保护测试、升级中断测试，验证容错能力与可靠性

8.3 场景兼容性测试

针对各类光伏电站建立场景化测试矩阵，覆盖地面电站、屋顶电站、农光互补、山地电站四大类典型场景，在真实电站环境下进行全流程作业验证，确保清洁效果与运行稳定性；可根据客户需求提供定制化场景测试与适配服务。

8.4 全流程质量管控

• 研发阶段：执行设计评审、DFM可制造性评审、安全合规评审，每版样机输出完整测试报告，问题闭环管理
• 试产阶段：跟进整机装配、首件测试，输出生产测试规范与老化流程，保障量产一致性
• 交付阶段：提供全套研发资料、测试规范、运维手册，协助客户完成现场部署与操作培训

九、交付物与知识产权说明

9.1 完整交付清单

9.2 知识产权约定

• 本项目ODM定制开发的定制化硬件设计、专属功能软件、定制外观设计知识产权归客户所有
• 项目所使用的通用基础算法、开源框架、通用平台化架构知识产权归原权利人所有，客户享有永久商用使用权
• 双方共享通用功能模块的使用权，保障后续产品迭代优化与技术升级

十、风险管控与应对措施