CN103003639A - 用于清洁太阳能设备的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洁太阳能设备的太阳能元件的清洁装置（1）。所述清洁装置（1）包括运送装置，以用于将清洁装置（1）驱动至欲被清洁的太阳能元件。本发明还涉及一种太阳能发电站以及一种用于清洁太阳能元件、尤其是定日镜的方法，所述太阳能发电站包括设置于支撑结构上的清洁装置（1）。

Description

用于清洁太阳能设备的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1所述的用于清洁太阳能设备的太阳能元件的清洁装置。本发明还涉及一种如权利要求12所述的太阳能发电站以及一种如权利要求14所述的用于清洁太阳能元件的方法。

背景技术

为自太阳光获得高的能量收益，必须根据太阳能设备的太阳能元件的污秽程度来对其进行清洁。根据环境条件及太阳能设备的位置而定，太阳能元件（例如，定日镜）可被沙子、空气传播的尘粒弄脏或由于其他原因而变脏。

大型太阳能设备（无论是太阳能热电站还是光伏设备）具有高的表面要求，以便能够利用大部分太阳光线。总表面积常常等于几万平方米。要清洁此种大型设备的太阳能元件是一项挑战，因此，存在各种可用的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于，提出能解决太阳能元件的清洁这一挑战的进一步技术方案。此外，提出一种相应地安装有清洁装置的太阳能发电站以及一种用于清洁太阳能元件的方法。

根据本发明，通过与权利要求1所述的特征相对应的用于清洁太阳能元件的清洁装置来实现所述目的。

此种清洁装置包括运送装置，以将所述清洁装置驱动至欲被清洁的太阳能元件。

本文所使用的术语“清洁装置”是指被设计成用于清洗或清洁太阳能元件的装置。

可将清洁装置设置成不同的变型，例如设置成用于干燥清洁及/或使用至少一种清洗液或清洁剂进行清洁，例如，根据欲被清洁的元件上的污秽类型及/或污秽程度而定，所述清洁装置可配备有：喷雾装置及/或喷射装置、例如可稳定旋转（沿各种轴线方向）及/或带有间隔运动的刷具、进行线性移动及/或带有间隔运动的刷具、或具有各种多孔性及/或由各种材料制成的海绵、刮水片（wiper blade）、毛巾、刮板（scraper）、以及类似的装备。

所述清洁装置也可包括移除装备（例如，橡胶扫帚（squeegee）、人造革等）及干燥装备（例如，干燥布或吹风机）以及甚至用于将所清洁的元件抽真空的装备。

本文所使用的术语“运送装置”是指用于将清洁装置运送至太阳能设备内的欲被清洁的太阳能元件的装置。

在本发明的一个实施例中，所述运送装置是无驱动器的运送装置，其可沿路径移动而无需由位于该运送装置上的驱动器对其进行主动控制。具体而言，所述无驱动器的运送装置将移动至太阳能元件上的位置。可全自动地控制及/或调节所述运送装置，或者由太阳能设备的操作人员来触发及监管所述运送装置。

通过提供无驱动器的运送装置，例如可甚至能够以全自动的方式对太阳能元件进行清洁操作。

所述运送装置可被设计成具有一个、两个、或若干个部分。

在本发明的一个实施例中，所述运送装置被设计成两部分并在太阳能设备中的轨道上移动。第一部分被称为滑架（carriage），第二部分被称为载体装置。例如，滑架可在位于太阳能设备内的地面上的轨道系统上移动，且载体装置可沿位于太阳能设备内的支撑结构上的轨道移动。

如上所述的支撑结构是指在太阳能设备内构造的机械框架，其被设计成用于载送并支撑太阳能设备的结构组件—尤其是太阳能元件。

所述轨道系统可附装至太阳能设备中的支撑结构。

在本发明的一个实施例中，所述清洁装置连接至所述运送装置的所述载体装置。

所述清洁装置可以可拆卸的方式或永久固定的方式附装至所述载体装置。

具体而言，可拆卸的附装方式的优点在于，载体装置可不仅用于运送清洁装置，还用于运送太阳能元件以及用于其他任务的其他设备。当然，可将所述运送装置设置成能够同时及/或同等程度地执行所有拟定或期望的功能。

可将所述清洁装置设置成可以各种方式拆卸，例如可通过螺栓或销连接或其他可拆卸的（安全）元件拆卸。

在另一优选实施例中，所述清洁装置包括至少一个位置传感器，以至少间接地开始清洁过程。

本文所优选地利用的“位置传感器”是指旨在用于或被设计成用于确定清洁装置在太阳能设备内或在太阳能设备上的位置的传感器。

可基于不同的物理操作原理来设计此种位置传感器。此种操作原理的实例为：光学传感器（例如，光电二极管阵列）、感应传感器、电位计式传感器、电容式传感器、霍尔效应（Hall effect）传感器、基于光学及/或机械原理的旋转传感器、压电变换器等。

在本发明的一个实施例中，使用此种位置传感器来确定清洁装置在欲被清洁的太阳能元件上的位置，以至少间接地开始清洁过程。

例如附装至清洁装置的第一位置传感器可通过检测支撑结构上的某一几何形状或某些组件来确定清洁装置的位置。

支撑结构上的“几何形状”可为支撑结构中的用于在其中固定太阳能元件或用于悬挂太阳能元件的孔、钻孔、凹槽等。

支撑结构上的“组件”可为用于将太阳能元件固定至或支撑于支撑结构上的紧固螺钉、轴承元件等。

通过此种第一位置传感器以及对来自此种传感器的信号的评估，可控制上面附装或悬挂有清洁装置的载体装置的移动。例如，如果载体装置到达能够清洁太阳能元件的位置，则将使载体元件停止。

第二位置传感器—其也可附装至清洁装置—可在载体装置在太阳能设备中被驱动的同时对支撑结构上的此种几何形状（孔、凹槽等）或组件（紧固螺钉、轴承元件等）进行计数。通过评估来自此种第二传感器的信号，可在太阳能设备内确定所检测到的支撑结构的几何形状或组件的数目。当通过此种第二传感器的检测而达到特定的拟定位置时，可随后将清洁装置进一步定位，以在第一传感器的支持下开始清洁过程。

也可仅由一个传感器来执行第一传感器及第二传感器的所述功能。

在通过上述位置传感器对清洁装置进行驱动及定位之后，可能需要另一位置传感器来检测太阳能元件的对齐。例如，可将太阳能元件对齐成能够最佳地暴露于太阳光。然而，例如如果欲从下方将清洁装置驱动至太阳能元件，则清洁装置可能需要不同的对齐方式。因此，必须首先使用额外的位置传感器来检测太阳能元件的对齐，且随后必须通过旋转控制板来使太阳能元件重新对齐。

在另一优选实施例中，清洁装置上配备有刷具及致动器。此致动器将所述刷具定位于太阳能元件处或定位至太阳能元件上。

本文所使用的术语“致动器”是指通过将电信号转换成机械移动的致动器而产生机械移动。

在本发明的一个实施例中，所述致动器被设计成使得可通过线性电动机而使刷具自清洁装置移动至太阳能元件。

其他致动器设计可为由电动机（例如，步进式电动机）带动的用于将刷具定位于太阳能元件处或定位至太阳能元件上的轴、螺母、或螺纹主轴（threadedspindle）。

在另一优选实施例中，所述清洁装置包括导轨，至少一个旋转刷具可沿所述导轨几乎垂直于所述运送装置而移动。

本文所使用的术语“导轨”是指用于引导太阳能元件清洁装置的轨道或轨道系统。此种装置包括至少一个旋转刷具。然而，也可使用其他清洁装置，例如喷雾/喷射装置、海绵、刮水片等。

所述导轨可为圆杆、异型轨道（profiled rail）、笼形轨道（cage rail）等。

在本发明的一个实施例中，旋转刷具沿太阳能元件的长边在两个圆的轨道上移动。因此，可通过致动器将旋转刷具自清洁装置定位于太阳能元件处或定位至太阳能元件上。因此，可将旋转刷具的移动叠加至沿轨道或轨道系统的纵向移动上。

在具有至少一个旋转刷具的另一优选实施例中，旋转轴实质上垂直于所述运送装置的移动方向而操作所述旋转刷具。

如此一来，可在清洁过程中使用两个以180度对齐的刷具附件。

在本发明的另一实施例中，将两个清洁装置并排放置。这两个清洁装置中的每一者可分别被定位于单独的载体装置上。在此种设计中，必须将运送装置的载体装置设计成使得两个并排放置的清洁装置可固定至滑架上，即，宽度为单个装置的两倍。

此种设计的优点在于，可改善对太阳能元件的清洁过程。当使用非旋转刷具（例如，通过与清洁装置的移动方向交叉的梳子式移动而以梳状方式附装的刷具元件）时，可能会使刷具无法将太阳能元件一直清洁至移动方向的两个端部位置处，如图1所示。然而，可将刷具附装成使其可在一个端部位置处几乎充分地清洁太阳能元件。在此种情形中，如果起始位置位于清洁装置中间的两个平行的刷具沿相反的方向移动至每一端部位置处，则可几乎充分地清洁太阳能元件。

可将额外的位置传感器附装至可移动的清洁元件，以检测路径的端部位置。通过控制清洁元件，可使清洁装置停止并较佳地沿相反的移动方向移动。也可将装置重新定位于起始位置。

在另一优选实施例中，所述清洁装置包括清洁剂容器，所述清洁剂容器具有用于清洁剂的输送系统。

所述容器也可容纳清洗液或用于清洁太阳能元件的类似液体来取代清洁剂。

例如，清洁剂容器可容纳水作为清洗液。此外，可在水中添加添加剂来提高其清洁效果。通过使用添加剂，所增强的清洁效果也会减少所需的水的体积。同样，可仅通过特定的添加剂来移除太阳能元件上的某些污染物。

也可基于太阳能元件的材料、所存在的污染物、处理设备的可能的用途、以及清洁剂的可用性等来选择使用其他清洁剂来取代水。

可基于欲被清洁的太阳能元件的尺寸/数目来调整容器的大小。然而，在选择容器的大小时，其他因素也可成为决定性的，例如运送装置的大小及负载容量、以及关于对容器进行再填充的机会而言太阳能设备内的移动路径的最佳化等。

对清洁剂的选择也取决于所使用的清洁装置的构造。构造可为刷具、喷雾/喷射装置、海绵、刮水片等。

对容器材料的选择以及因此对其重量的选择也取决于清洁剂的选择。

此外，此优选实施例也包括用于清洁剂的输送系统。

所述输送系统可为泵，所述泵例如通过连接至清洁装置的软管而自容器抽取清洁剂。所欲施加的泵压力（也被称为压头）取决于软管的几何形状（长度、直径）、清洁剂、及清洁装置，取决于是否附装有刷具、喷雾/喷射装置或其他装备。如果附装有喷雾/喷射装置，则泵压力通常比在例如附装有刷具时高得多。

在另一优选实施例中，清洁装置包括用于收集使用过的清洁剂的保持装置。

清洁剂保持装置可由位于所清洁的太阳能元件下方的槽、通道、碗状部等组成。随后可例如通过泵或通过重力作用而将所保持的清洁剂以主动方式或被动方式传送至罐。

随后可将所保持的清洁剂处理掉、重复使用、或部分处理掉且部分重复使用。

在另一优选实施例中，所述清洁装置包括用于清洁剂的处理系统。

处理系统是用于处理液体或其他介质的装置，通常是用于重复使用所述介质的目的。

处理过程可为机械的、化学的、生物的、或其组合形式。

在机械处理、尤其是通过过滤进行机械处理的情形中，可使用具有特定孔径的过滤器来分离污染物，且所述过滤器也可与其他过滤器尺寸一起来分层使用。滤液（过滤液）及过滤颗粒（滤饼）两者均为可重复使用的。同样，也可完全或部分地处理掉所制备的介质。

在化学处理的情形中，例如可通过化学反应来中和有毒物质。

在生物处理的情形中，可利用生物有机体（例如，微生物）来降解或转化某些成分。

处理也可容许将所制备的介质用于其他目的。如果所制备介质的品质不再满足清洁剂的要求，则即可为此种情形。例如，如果滤液的pH被空气污染物改变至使太阳能元件存在受损风险的程度，则可能会出现此种情形。由于其他原因（成本、技术、环境条件等）而无法使用任何潜在的化学处理。

本发明的一个实施例欲使用水作为清洁剂，水会因对太阳能元件的清洁过程而被污染，随后对所污染的水进行制备以重复用作清洁剂。处理过程会滤除例如沙粒及其他颗粒。

处理过程可涉及以下步骤：测量所处理介质的品质并随后对所述介质进行重复使用或重复处理。

在另一优选实施例中，所述清洁装置包括用于清洁剂的闭合循环。

用于清洁剂的闭合循环是指其中不断地重复使用清洁剂的循环。仅容纳于滤饼（filter cake）中的部分清洁剂自清洁剂循环被移除，所述部分已被分配用于另一目的。

在另一优选实施例中，所述太阳能元件是定日镜，且所述太阳能设备是菲涅耳（Fresnel）太阳能发电站。

定日镜是如下反光镜：无论太阳在天空中的位置如何变化，其总是将太阳光反射至同一预定的固定点上。

菲涅耳太阳能发电站是其中通过若干定日镜将太阳光聚焦至吸收器上的太阳能发电站。此种吸收器（常常被设计成吸收器管）中容纳有流体，所述流体随后被太阳光加热。

在太阳能发电站（此处被视为与太阳能热电站同义）中，通过热机（heatengine）而自太阳光产生电。

根据权利要求12，通过具有清洁装置的太阳能发电站来实现本发明的目的，所述清洁装置附装至定日镜的支撑结构。

在一优选实施例中，所述清洁装置被定位于定日镜的下方。

此优点在于，在清洁之后，清洁剂可直接流入保持装置中。污染物（例如沙子）会与清洁剂一起直接排掉。

根据权利要求14，通过用于清洁太阳能发电站的太阳能元件、尤其是定日镜的方法而同等地实现本发明的目的。

本发明的方法包括：将至少一个太阳能元件移动至清洁位置中；将清洁装置运送至至少一个太阳能元件；以及开始清洁过程。

在另一优选实施例中，所述方法包括：在将清洁装置运送至太阳能元件之后，在欲被清洁的太阳能元件的表面上利用清洁装置的至少一个刷具。

在另一优选实施例中，所述方法包括：在将清洁装置运送至太阳能元件之后，开始将清洁剂递送至刷具及/或太阳能元件上。

在另一优选实施例中，所述方法包括：太阳能元件的清洁位置是其中太阳能元件的反射性表面垂直朝下的位置。

在另一优选实施例中，所述方法包括：检测污秽程度，且如果污秽程度超出预定的参数，则开始清洁过程。

例如，可通过用于测量自反射性表面反射的光强度的传感器来进行对污秽程度的检测。可将清洁过程结束之后所测量的强度指定为参考值。

也可基于所定义的污染以及随后对自反射性表面反射的光强度的测量来规定预定的污秽程度。

附图说明

在下文中，将参照附图来阐述本发明。在附图中，相同的参考符号表示同一元件或相同的元件。

图1绘示具有载体装置的清洁装置；以及

图2绘示位于滑架上的载体装置。

具体实施方式

图1绘示被设计成用于清洁太阳能元件的清洁装置1。清洁装置1包括位于一个载体装置上的两个刷具元件3及3′，这两个刷具元件3及3′可在导轨5上沿X轴移动。

刷具元件3及3′是梳状的并垂直于移动方向（X轴）。

刷具元件3及3′具有相反的移动方向，其起始位置位于行程长度的中间。行程长度分别延伸至位于载体装置端部处的端部位置。随后，刷具元件3及3′返回至起始位置。刷具元件3及3′两者均被最佳化，以直接清洁至边缘及端部区域。

例如，可通过电动机来驱动刷具元件3及3′。位置传感器7（在此例中仅绘示于一位置处来作为举例说明）可检测刷具元件3及3′的端部位置并将对应的控制信号传递至电动机。

载体装置上定位有一或多个清洁剂贮存器9。

刷具元件3及3′可通过致动器而沿Z轴线移动，以接触太阳能元件。接着，开始清洗或清洁过程。

图2绘示滑架11，在滑架11上悬挂并悬置有载体装置13。滑架11通过轮17而在轨道系统15上移动。位置传感器19可检测滑架11在太阳能发电站内的位置。

欲被清洁的太阳能元件附装至太阳能发电站的支撑结构21。

载体装置13可在引导元件23上移动。此外，滑架11上定位有能量供应系统25，例如以为电动机供电。

Claims (18)

1.一种用于清洁太阳能发电站的太阳能元件的清洁装置（1），其特征在于，

所述清洁装置（1）包括运送装置，以将所述清洁装置（1）运送至欲被清洁的所述太阳能元件。

2.如权利要求1所述的清洁装置（1），其特征在于，所述清洁装置（1）包括位置传感器（7），以至少间接地开始所述清洁过程。

3.如前述权利要求中的任一项所述的清洁装置（1），其特征在于，所述清洁装置（1）包括用于清洁所述太阳能元件的至少一个刷具（3）。

4.如权利要求3所述的清洁装置（1），其特征在于，所述刷具（3）可通过致动器（actuator）而被定位于所述太阳能元件处或定位至所述太阳能元件上。

5.如权利要求3或4所述的清洁装置（1），其特征在于，所述清洁装置（1）包括导轨（5），至少一个旋转刷具可沿所述导轨（5）实质上垂直于所述运送装置的所述移动方向而移动。

6.如权利要求3或4所述的清洁装置（1），其特征在于，设置有至少一个旋转刷具，所述至少一个旋转刷具的所述旋转轴实质上垂直于所述运送装置的所述移动方向而延伸。

7.如前述权利要求中的任一项所述的清洁装置（1），其特征在于，所述清洁装置（1）包括用于清洁剂（9）的容器以及用于所述清洁剂的输送系统。

8.如前述权利要求中的任一项所述的清洁装置（1），其特征在于，所述清洁装置（1）包括保持装置，所述保持装置用于在所述清洁过程之后保持所述清洁剂。

9.如权利要求7或8所述的清洁装置（1），其特征在于，所述清洁装置（1）包括用于所述清洁剂的处理系统。

10.如前述权利要求中的任一项所述的清洁装置（1），其特征在于，所述清洁装置（1）包括用于所述清洁剂的闭合循环（closed cycle）。

11.如前述权利要求中的任一项所述的清洁装置（1），其特征在于，所述太阳能元件为定日镜，且所述太阳能设备尤其为菲涅耳（Fresnel）太阳能发电站。

12.一种太阳能发电站，所述太阳能发电站具有如前述权利要求中的任一项所述的清洁装置（1），所述清洁装置（1）附装至所述定日镜的支撑结构。

13.如权利要求12所述的太阳能发电站，其特征在于，所述清洁装置（1）位于所述定日镜下方。

14.一种用于太阳能发电站的太阳能元件—尤其是定日镜—的清洁方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将至少一个太阳能元件移动至清洁位置，

-将清洁装置（1）运送至至少一个太阳能元件，

-开始所述清洁过程。

15.如权利要求14所述的用于太阳能设备的太阳能元件的清洁方法，其特征在于，在将所述清洁装置（1）运送至所述太阳能元件之后，将所述清洁装置（1）的至少一个刷具定位于欲被清洁的所述太阳能元件的表面处或定位至欲被清洁的所述太阳能元件的所述表面上。

16.如权利要求14或15所述的用于太阳能设备的太阳能元件的清洁方法，其特征在于，在将所述清洁装置（1）运送至所述太阳能元件之后，开始将清洁剂输送至所述刷具（3，3′）上及/或所述太阳能元件上。

17.如权利要求14至16所述的方法，其特征在于，所述太阳能元件的清洁位置是使所述太阳能元件的所述反射性表面垂直朝下的位置。

18.如权利要求14至17所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-检测污秽程度（level of dirtiness），且如果所述污秽程度超出预定的污秽程度，则重新开始所述清洁过程。

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