CN105658345A - 用于太阳能电池板清洁系统的缓降控制和能量回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于清洁太阳能电池板排的系统和方法，其具有电子缓降控制和势能回收系统，并且通过到电子切换装置的已调制的切换信号来进行操作，所述电子切换装置将DC电动机/发电机的DC输出转换成交流电，所述交流电传递通过变压器和整流器以对所述系统的电池进行充电。在所述系统的清洁设备向下移动期间产生所述DC电动机/发电机上的阻抗负载，以便控制所述清洁设备的下降速率。

Description

用于太阳能电池板清洁系统的缓降控制和能量回收系统

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能电池板清洁系统的缓降控制和能量回收系统。

发明背景

全球气候改变和能源安全需求的挑战已使得开发可再生能源替代品对我们的未来变得至关重要。使用太阳能电池板上的直接太阳辐射可以潜在地产生足够多的能量以满足世界需求。由于太阳能的价格下降并且常规燃料的价格上升，所以太阳能产业已进入全球发展的新纪元。

为了使太阳能技术距石油更近一步，必须提高实用率。

太阳能电池板表面是由高质量玻璃制成，并且它们产生的可再生能源的效率取决于(除其他之外)玻璃表面的清洁度。由于太阳能电池板上的灰尘以及其他类型的污垢，在一些情况下，能量损失可达百分之四十(40％)以上。因为大多数太阳能电厂都位于太阳辐射密集且在灰尘条件下的暴露度较高的沙漠区域，所以清洁太阳能电池板变得必不可少。当前，太阳能电池板的现有清洁过程是昂贵的、费力的并且消耗大量的水。由于沙漠区域的水短缺，所以使用水进行板清洁是太阳能产业的主要障碍。

如在美国专利申请序列号13/917,285中所述的系统(在下文中被称为“核心系统”)中所解释和描述，核心系统的移动清洁段136(见‘285申请的图1和图2)在滚筒124闲置时沿主框架向上移动并且在滚筒124与微纤维元件一起旋转并清洁太阳能电池板的表面时沿所述主框架向下移动。

为了改进系统的操作效率，将期望实现移动清洁段136的准确的预定下降速度。另外，将期望回收在将移动清洁段136提升到主框架的上部段的过程中所耗费的能量。

发明内容

本发明的目标包含提供：一种能够准确地控制系统的移动清洁段的下降速度的系统和方法；一种能够回收在将‘285申请中所公开的核心系统的移动清洁段提升到系统主框架的上层的过程中所耗费的能量的系统和方法；以及此类系统将是有效的、具有成本效益的、具有故障保护的、简单的且无需维护的。

附图说明

可以通过结合附图参考以下描述来最佳地理解本发明连同其进一步的目标和优点，在附图中相似的参考数字识别相似的元件，并且在附图中：

图1是可应用本发明的太阳能电池板清洁系统的第一实施例的俯视图；

图2是沿图1中的线2-2所截取的剖视图，其示出在清洁太阳能电池板的向下运动中的太阳能电池板清洁系统；

图3是沿图1中的线3-3所截取的剖视图；

图4是旋转清洁组件的详细横截面图；

图5是沿图1中的线5-5所截取的剖视图；

图6是可应用本发明的太阳能电池板清洁系统的第二实施例的横截面图；

图7是其中清洁多个太阳能电池板排的实施例的侧视图；并且

图8详细示出本发明的电气系统，其操作图1到图7中所示的核心系统。

具体实施方式

参考附图，其中相同的参考字符指代相同或类似的元件，图1是根据本发明的太阳能电池板清洁系统的示例性实施例的俯视图，出于简单和清晰起见省略了所述系统的一些细节。

示例性太阳能电池板清洁系统与一排太阳能电池板组件111(在下文中被称为“太阳能排”)结合示出。太阳能排111包括为本领域技术人员已知的几乎任何类型和构造的多个太阳能电池板。例如，单个太阳能电池板通常将具有小于约一平方米的端面面积。太阳能排111的长度可以在约几米至约几千米之间变化。太阳能排111的宽度的范围为约一米至约几米。

太阳能排111中的每个太阳能电池板的表面优选地由透明材料(例如，玻璃)制成。太阳能电池板表面可涂布有使得表面的清洁过程更容易的防水涂层。

如图2中所示，太阳能排111被构造成处于朝太阳成角度或倾斜的位置中，这产生了太阳能排111的更低边缘(向右边缘)和更高边缘(向左边缘)。

一对平行轨道112、113分别连接到太阳能排111的上边缘和下边缘。轨道112和113可由钢、玻璃纤维或其他金属或非金属材料制成。在本发明的一些实施例中，轨道112和113可以用作电导体，即电缆可布置在轨道112、113的内部或沿着轨道112、113的外表面布置，或者轨道112、113可由导电材料制成并且可以用作系统的电导体。

清洁系统包含使得能够实现以下描述的清洁组件的双向移动的支撑框架。这种双向移动使得清洁组件能够在两个方向上(沿着太阳能排111的长度(图1中的左-右)和在太阳能排111的宽度方向上)沿着太阳能排移动。支撑框架包含被配置成可沿着太阳能排111的长度移动的主框架114。主框架114优选地由铝建设型材制成，但可以使用其他材料(例如，钢或玻璃纤维)。支撑元件115连接到主框架114以便进行支撑，图1中示出所述支撑元件中的四个。

具有不同功能的若干轮子连接到主框架114，在所说明的实施例中存在总计六个此类轮子，不过轮子的数目、功能和位置可改变。这些轮子使得主框架114能够在太阳能排的长度方向上沿着太阳能排111移动。在这些轮子中，三个轮子126在相对于太阳能排111中的太阳能电池板的表面垂直的方向上支撑主框架114(见图1)。两个轮子133在相对于太阳能排111中的太阳能电池板的表面平行的方向上支撑主框架114。代替两个轮子133，可使用其他数量的轮子，例如四个。

驱动轮132布置在与轮子126相同的取向上(即，在相对于太阳能排111中的太阳能电池板的表面垂直的方向上)，并且由驱动系统117(例如，电动机)在正向和反向方向上驱动。驱动轮132起在太阳能排的长度方向上沿着太阳能排驱动主框架114的作用。驱动系统117中的电动机可为任何类型的电动机或能够产生动力的其他系统，例如DC电动机。当驱动系统117中存在电动机时，编码器连接到所述电动机并且读取所述电动机的角位置。处理器将所述角位置转换成清洁系统沿着太阳能排111的位置的确定值。驱动轮132可以在两个方向上沿着太阳能排驱动框架114。

移动限制感测装置116(例如，限位开关或传感器)位于主框架114的上边缘上(见图1)。

副框架136被配置成可沿着主框架114移动。当主框架具有如所示的纵向轴线时，副框架136可被认为纵向移动或在纵向或长度方向上沿着主框架114移动。副框架136优选地由铝型材制成，不过可使用其他材料。

副框架136支撑至少一个并且优选地多个清洁设备，例如旋转清洁单元或旋转清洁设备124(在下文中被称为“RCA”)。如图1和图2中所示，副框架136支撑两个RCA124。每个RCA124通过相应的中心轴324和轴承(未示出)连接到副框架136，以使得RCA124能够在副框架136上旋转。每个RCA的旋转轴线在图1中以折线325示出。

提供驱动系统125来驱动RCA124。驱动系统125可包括DC电动机，或者可使用另一种类型的电动机或动力源。提供动力传递系统以便将动力从驱动系统125传送到RCA124并且将动力转换成旋转力以使RCA124旋转。例如，滑轮128可连接到驱动系统125且皮带127缠绕在滑轮128和RCA124上。可存在缠绕在每个RCA124和滑轮128上的一根皮带127。驱动系统125导致滑轮128旋转并且滑轮128的旋转导致皮带127移动，这继而导致每个RCA124的轴旋转。皮带127可由聚氨酯制成并且可以是圆形，但可使用其他类型的皮带形状(例如，V形皮带或正时皮带)和其他材料。

在本发明的优选实施例中，存在两个RCA124，但根据本发明的清洁系统在仅具有单个RCA124或具有三个或更多个RCA124的情况下同样可用。

并且，在本发明的优选实施例中，RCA124具有大致八角形形状，如图4中所示，但在不背离本发明的范围和精神的情况下可使用其他形状，例如圆柱形、正方形、六边形以及任何其他扁平或多边形形状。

仍参考图4，在每个RCA124的外表面上，一个或多个柔性翅片140经由连接技术连接到RCA124的保持构件。例如，翅片140可经结构化以提供翅片140与RCA124的保持构件的外表面中的凹部之间的快速连接器。使用快速连接器(其各种类型已为本领域技术人员所已知)，可以容易通过以下步骤来实施对翅片140的周期性清洁：移除翅片140而不与RCA124接合、清洁翅片140并且接着将其与RCA124重新连接。下文阐述关于翅片140以及其与RCA124的连接的额外细节。

返回参考图1，绞车或绞车滚筒130具有附接到其且部分地缠绕在其上的一根或多根缆绳或绳索(为了易于描述，在下文中被称为缆绳)131。绞车滚筒130的旋转控制缆绳131的缠绕或退绕。这种受控的缠绕和退绕沿着主框架114的有角度斜坡向上(即，沿着主框架114纵向)驱动副框架136。如所说明，由绞车滚筒130实现的缆绳131的缠绕导致副框架136沿着太阳能排111中的太阳能电池板向上移动，而由绞车滚筒130实现的缆绳131的退绕导致副框架136沿着太阳能排111中的太阳能电池板向下移动(这受到副框架136向下的万有引力的帮助)。绞车滚筒130由驱动系统118驱动，所述驱动系统118可包含DC电动机。

缆绳131优选地由复合材料制成，例如作为外套管的和作为套管内部的内芯的柔性绝缘导线。每根缆绳131的外径(即，外套管的外径)可为约7mm，并且内芯的直径可为约4mm。可以针对缆绳131利用其他材料、构造和直径。下文阐述关于驱动系统118以及缆绳131连接的额外细节。

提供电源119来为清洁系统供电，例如可再充电、可替换的一个或多个电池等。例如，电源119可向控制清洁系统的操作的可编程控制单元120提供电力，包含经由各种电动机实现的清洁组件的操作和移动。电源119本身可包含附接到主框架114的一组太阳能电池板171。太阳能电池板171被设计成在日照时间期间且当太阳能电池板171接收到太阳光时对电源119的各种电池充电。电源119和太阳能电池板171附接到主框架114以便可与其一起移动，并且从而允许清洁系统在未连接到任何其他电力来源(除了由太阳能电池板171和机载电源119所提供的电力来源之外)的情况下独立地进行操作。

在清洁系统中提供若干感测装置或传感器。例如，传感器129定位在轨道112上(最接近图1中所示构造中的左边缘)，以用于检测主框架114在轨道112、113上的最大向左移动距离。类似地，传感器135定位在轨道112上(最接近图1中所示构造中的右边缘)，以用于检测主框架114在轨道112、113上的最大向右移动距离。替代地，传感器129和/或传感器135可放置在轨道113上。传感器116定位在主框架114上(最接近图1中所示构造中的上边缘)，以用于检测副框架136在主框架114上的最大向上移动距离。类似地，传感器134定位在主框架114上(最接近图1中所示构造中的下边缘)，以用于检测副框架136在主框架114上的最大向下移动距离。

驱动系统117的电动机的编码器(当存在时)向可编程控制单元120传输极限和位置信号，这允许系统进行有效操作。在一些情况下，编码器可以通过馈送对应于传感器129和135的位置的清洁组件的位置来代替传感器129和135。可编程控制单元120在本行业中是极为众所周知的，并且本文中将不予以详细描述。

图2示出副框架136的细节，所述副框架136可在太阳能排111的宽度方向上沿着主框架114向下和向上移动。为了使太阳能排111相对于地平面150具有角度，角度构造件139支撑太阳能排并且在最接近太阳能排111的上边缘处具有较长的竖直立管构造件且在最接近太阳能排111的下边缘处具有较短的竖直立管构造件。

副框架136具有安装在其上的多个轮子137(例如，四个轮子)，所述轮子垂直于太阳能电池板表面旋转，即，它们的旋转轴线垂直于太阳能排111中的太阳能电池板的表面的法线。一个或多个额外轮子138(例如，四个轮子)安装在副框架136上以平行于太阳能电池板表面旋转，即，它们的旋转轴线平行于太阳能排111中的太阳能电池板的表面的法线。

轮子137、138通过轴承(未示出)连接到副框架136并且抵靠住构成主框架114的轮廓的表面而滚动。因此，轮子137和138使得副框架136能够沿着主框架114向上和向下移动。副框架136相对于主框架114和太阳能排111的这种移动与主框架114沿着太阳能排111的长度的移动无关。

在图2中所示的情形中，RCA124在同一个方向上(如由箭头141所指示的逆时针)旋转。这种旋转方向优选地在副框架136沿着主框架114移动时出现。驱动系统125通过滑轮128和皮带127驱动RCA124。皮带127通过附加到每个RCA124的两个额外滑轮(未示出)来驱动两个RCA124。

图2中的每个RCA124包含四个翅片140，所述翅片通过始发于驱动系统125处的控制方案而以约170rpm旋转，不过其他旋转速度是可行的。当翅片140旋转并且副框架136向下移动时，翅片140的外部部分接触、清扫并擦拭太阳能排111中的太阳能电池板的表面。翅片140的旋转产生了吹气效果，这有助于向下推动(由于太阳能排111的斜坡)太阳能电池板的表面上的污垢、碎片和灰尘。

图2还示出缆绳131与副框架136的上边缘(靠近作为副框架136的一部分的上部轮廓的中心区域)之间的连接，所述缆绳131围绕耦接到绞车滚筒130(见图1)的轴缠绕和退绕。每根缆绳131可类似地连接到轴和副框架136。当绞车滚筒130在一个方向上旋转时，在绞车滚筒130的轴与副框架136之间的缆绳131的长度变得更短，并且副框架136向上移动。当绞车滚筒130在相反方向上旋转时，在绞车滚筒130的轴与副框架136之间的缆绳131的长度变得更长，并且副框架136向下移动。应设定绞车滚筒130的长轴线与缆绳131之间的角度条件，所述角度将确保缆绳131在绞车滚筒130上的有序缠绕布置。

作为替代方案，缆绳131可连接到绞车滚筒130的中心并且连接到副框架的上部轮廓的两个相对侧。优选地，呈这种配置的缆绳131还将在它们之间产生一个角度，所述角度允许缆绳131在绞车滚筒130上和离开绞车滚筒130的有序滚动。

代替赋予副框架136相对于主框架114的移动的前述结构，预期在本发明的范围内的其他移动系统，所述其他移动系统使得副框架136能够沿着主框架114移动。例如，一个此类替代方案包含具有正时皮带路径以及由齿轮电动机驱动的正时滑轮的系统。

图3示出各自具有实质上正方形横截面的上部轨道112和支撑元件115，不过其他形状是可能的。轮子126安装在支撑元件115上以抵靠住轨道112的上表面旋转。轮子126的旋转轴线垂直于太阳能排111中的太阳能电池板的表面的法线。轮子133也安装在支撑元件115上以抵靠住轨道112的侧表面旋转。轮子126的旋转轴线平行于太阳能排111中的太阳能电池板的表面的法线。组件由支撑元件115、安装到其的轮子126以及安装到其的轮子133形成。存在三个此类组件，如图1中所示。

另一个组件包含支撑元件115中的一个、轮子132中的一个以及驱动系统117。这四个组件使得能够实现清洁组件在两个方向上沿着太阳能排111的移动性。

图4示出RCA124以及连接到其的翅片140。如图4中所示，RCA124优选地具有带八个空腔143的八角形形状，不过如前文所提及可以针对RCA124提供其他多边形形状、扁平和圆柱形形状。

在本发明的优选实施例中，翅片140围绕实心中心元件142折叠。中心元件142可连接到翅片140或者作为独立元件。每个翅片140在围绕中心元件142中的相应一个折叠之后滑动到RCA124中的相应空腔143中并且通过适当的锁定机构锁定在空腔143中。例如，锁定机构可包括至少一个柔性侧O形环(未示出)。

当RCA124旋转时，翅片140连同其锁定元件142被离心力推向空腔143的突出部并且被锁定并与RCA124一起旋转。虽然图4示出用于RCA124的四个翅片，但可以使用任何其他数目的翅片，当八边形形状的RCA124具有八个空腔143时为一至八个翅片。

在优选的干式清洁系统和方法中，翅片140可由织物制成。优选的织物是微纤维织物，所述微纤维织物由于其清洁和耐用性品质而被专业人员所熟知。微纤维织物也是非常柔软的并且它们将不会损害太阳能电池板的表面。其他织物和/或材料也是可行的。对于湿式清洁系统和方法来说，翅片140应由不同的材料和/或织物制成。

不管清洁系统是何种类型，织物均可涂布有硅树脂、氯丁橡胶或其他橡胶类材料。在一些情况下，可以使用不同类型翅片的组合。以上所述的翅片140与RCA124之间的快速连接能力有利于翅片140的容易且快速替换，从而使得能够周期性地对它们进行清洗。以上所述的优选的快速连接仅为用于将翅片140连接到RCA124的一种方式，并且翅片140与RCA124之间的其他类型的快速连接也被认为是本发明的一部分，例如维可牢尼龙搭扣带(Velcrostrip)、拉链等。

RCA124的长度和翅片140的长度可以改变。翅片140的优选尺寸是约400mm，并且RCA124的优选长度是约1400mm。

图5示出绞车组件80，其包含绞车滚筒130以及围绕绞车滚筒130缠绕并且将绞车滚筒130连接到副框架136的绳索或缆绳131。如上文所解释，每根缆绳131具有导电内芯和作为外套管的并且发明人预期用于缆绳131的其他构造和材料。

驱动系统118驱动并旋转绞车滚筒130通过接收驱动系统118的动力输出的滑轮160、绕过滑轮160的皮带161以及连接到绞车滚筒130的另一个滑轮162。驱动系统118可包含DC电动机，所述DC电动机可以在两个方向上旋转，即导致滑轮160顺时针和逆时针旋转。因此，可以通过皮带或减速齿轮将旋转力从驱动系统118传递到绞车滚筒130。绞车组件80的旋转速度可以是约100rpm，不过可以使用其他旋转速度。

绞车组件80还包含安装在相应轴承164上的两个导电轴163，所述两个导电轴163继而被部分地收容在相应的两个轴承外壳165中并受其支撑。轴承外壳165连接到主框架114，并且更具体地连接到形成主框架114的上部轮廓(见图1)。位于绞车滚筒130的一端的一个导电轴163穿过滑轮162，并且位于绞车滚筒130的相对端的另一个导电轴穿过末端圆盘168。

导电刷166位于每个轴承外壳165中并且在绞车滚筒130旋转时通过连接器167将电力传输到两根缆绳131。两根电线169通过控制单元120(见图1)将导电刷166连接到供电电源。

在一个实施例中，提供了两个驱动系统118。在这种情况下，由另一个滑轮(如滑轮162)代替末端圆盘168。

任选地，提供锁定机构170来将副框架锁定到适当位置。锁定机构170利用螺线管，当清洁系统处于休止模式时，所述螺线管在通电的情况下将副框架136锁定在例如上部位置中。

当控制单元120给出将绞车组件80的驱动系统118连接到处于一定极性的供电电源的命令时，绞车滚筒130在预定方向上旋转，缆绳131变得更短并且副框架136在太阳能排的宽度方向上向上移动。一旦副框架136到达主框架114的上端时，传感器116便向控制单元120提供信号。在这个阶段，控制单元120向驱动系统118提供信号或电气条件，所述信号或电气条件导致副框架136优选地以预定速度在太阳能排的宽度方向上向下移动。这些电气条件取决于例如以下各项中的一个或多个：太阳能电池板排111的角位置、副框架136的重量以及RCA124的规格。电气条件可以是以下各项中的一个或多个：到驱动系统118的电压和极性供应、驱动系统118的电动机作为制动生成器(brakinggenerator)在短路情况下的操作、以及驱动系统118的电动机作为制动生成器关于特定负载(例如呈任何可能配置的功率电阻器或二极管)的操作。尽管其他布置是可行的，但两个可能的配置包含齐纳型二极管或串联连接的二极管。

可以控制副框架136的向下速度的另一种重要的负载布置是将驱动系统118(当其作为发电机进行操作时)连接到特殊电子电路，所述电子电路将驱动系统118的发电转换成可以对其以电路形式所连接到的电源119中的电池进行充电的足够高的电压。这种布置可以减少用于操作清洁系统所需的能量。所有这些条件被设计来控制副框架136的向下速度，并且它们是本发明的一部分。

当副框架136开始其向下运动时，控制单元120将缆绳131连接到呈一定极性的电源，这导致RCA124以预定速度且在期望的方向上旋转，并且从而清洁太阳能排111的太阳能电池板的表面。

在任一上述实施例中，就关于清洁系统的示例性操作和控制的更多特定细节而言，在绝大多数时间期间，系统保持在其静止位置，其中电源119连接到太阳能电池板171并且由其进行充电(在下文中这个位置被称为“本地站”)。控制单元120可以触发将开始系统的清洁过程的命令。这个命令可以来自预编程的日程表或来自由太阳能电池板设施的控制中心起始的命令。太阳能电池板设施可包含若干太阳能排，且因此一个清洁系统用于每个太阳能排。因此，太阳能设施将具有若干清洁系统。任选地，每个清洁系统具有其自身的地址和位置代码。

触发命令与系统无关并且每个系统可以是自主的。太阳能电池板设施的控制中心可以任选地连续监控设施中的太阳能排111的输出功率、每个清洁系统的位置，并且可以任选地检测任一系统的技术问题。

任选地，可以通过控制单元来控制清洁过程，所述控制单元接收并考虑动态信息，例如当地天气条件(目前的和预报的)、沙尘暴以及对太阳能排111中的太阳能电池板的输出功率造成负面影响的其他因素。可以考虑这些因素以便触发清洁过程或用于清洁太阳能电池板的日程表。此类信息通常由来自连接到控制单元的各种服务器的合适馈送装置提供，出于简单起见描述中省略了所述馈送装置。本领域的技术人员将容易从本文的公开内容来理解控制单元在确定太阳能设施中的太阳能电池板的清洁制度的过程中将如何接收并处理信息的值以及如何使用本文所述的清洁系统来实现这种制度。

因为监控过程可以计算任一给定太阳能排111的输出功率，所以可以通过适当的分析技术将控制单元配置成用于检测任何损坏或被盗的太阳能电池板。

当清洁系统处于其本地站时，副框架136优选地处于主框架114的最上端，主框架114相对于太阳能排111处于最右侧位置，并且锁定机构170处于不需要电力的锁定位置。驱动系统117、118、125或电动机均不操作。

一旦清洁系统接收到起始或开始命令时，驱动系统118便激活绞车滚筒130，锁定机构170释放驱动系统118并且副框架136开始向下移动。副框架136的向下速度如上文所解释的那样进行控制。驱动系统125也开始旋转并导致耦接到其的任一RCA124(例如，在所说明的实施例中是两个)旋转。RCA124的旋转导致翅片140旋转，以通过向下推动灰尘、碎片和污垢来清洁太阳能排111中的太阳能电池板的表面。翅片140的旋转还产生了吹气效应，这有助于沿着太阳能电池板的斜坡向下推动并清除灰尘、碎片和污垢。

当副框架136到达主框架114的下边缘时，传感器134向控制单元120传输信号，所述控制单元120被配置成响应于来自传感器134的信号引导驱动系统117开始旋转，从而起始主框架114在向左方向上(在图6的实施例中)沿着太阳能排的长度的运动。驱动系统117中的电动机的编码器在电动机操作期间产生脉冲。在预设数目的脉冲之后，电动机由于来自控制单元120的命令而停止。编码器脉冲的数目可以与沿着太阳能排111的长度的预设距离相关。这个预设距离可等于RCA124的宽度减去几厘米，以确保清洁周期之间的最小重叠。

在驱动系统117进行操作并且主框架114沿着太阳能排111移动期间，驱动系统优选地继续其操作并且RCA124与翅片140一起旋转并执行自清洁。当主框架114到达预设的行进距离时，驱动系统117和125停止，并且驱动系统118开始使绞车滚筒130以向上运动模式旋转且系统开始新的清洁周期。

一旦系统到达太阳能排的长度末端时，传感器129便提供信号并且驱动系统117和125停止并且在这个方向上的最后一个周期开始。一旦最后一个周期完成，系统任选地便开始在相反方向上重复清洁过程直到系统到达其本地站。这个重复的清洁过程是任选的。

控制单元120可被配置成提供任何数目的不同清洁周期，其中副框架136和主框架114的移动方向不同。甚至有可能在控制单元120处实施以下控制方案：其中仅存在单向清洁过程，以使得在这个过程结束时，系统将继续行进到本地站。另一种控制方案是清洁周期将重复一次以上。

在一些情况下，控制单元120会导致副框架136在主框架114移动期间沿着太阳能排的长度方向向下移动，从而针对安装在副框架136上的RCA124产生对角线清洁路径。这种对角线移动在清洁过程期间在副框架136向下移动的最后阶段是特别有利的。

还存在以下清洁操作：其中由距本地站的累积距离而不是由传感器129来起始清洁过程的终结。另一个可能的清洁操作是使两个清洁系统位于太阳能排111的每一端处并且使传感器位于太阳能排111的中间区域中。每个清洁系统可以清洁太阳能排111的一部分，并且因此减少了太阳能排111的清洁持续时间(减少一半)。

电子行业的专业人员非常熟知控制单元120、传感器和编码器对系统的控制，并且因此出于简单起见省略对它们的描述。

图6是根据本发明的清洁系统的另一个实施例的局部横截面侧视图。在这个实施例中，以上描述的副框架136不存在，并且相反地，清洁系统包含传送带224，所述传送带224具有在其外表面上的多个翅片240。传送带224沿着主框架114安装并且由机动化的驱动滚筒228驱动，所述驱动滚筒228布置在传送带224的回圈中且位于主框架114的下部段处。

张紧滚筒230也布置在传送带224的回圈中且位于主框架114的上部段处。张紧滚筒230向传送带224提供用于实现其移动所必需的张力。传送带224被驱动以使得其上部段在不接触太阳能排111中的太阳能电池板的表面的情况下在太阳能排的宽度方向上向上移动越过太阳能电池板排111，而传送带224的下部段向下移动越过太阳能电池板排111，并且沿着这个下部段的翅片240接触、清扫和清洁太阳能排111中的太阳能电池板的表面。

支撑滚筒229布置在传送带224的回圈中，以支持传送带224和传送带22的上部段的移动，即，防止上部段与下部段接触以及对沿着下部段的翅片240的操作造成不利影响。

传送带224的宽度以及其翅片240的长度可以改变。每个翅片240的优选长度是约400mm。传送带的优选宽度是约1,200mm。翅片240的织物和/或材料与以上描述的翅片140的那些相同。翅片240优选地以快速释放连接的方式连接到传送带224，所述快速释放连接类似于上文用于将翅片140连接到RCA124的连接方式。

根据这个实施例的清洁系统的操作类似于参考图1到图5中所示的实施例描述的操作。因此，对于绝大多数时间，清洁系统处于其本地站。当触发开始命令时，驱动滚筒228进行旋转并且继而开始导致传送带224移动。位于传送带224的下部段上的翅片240接触、清扫和清洁太阳能排111中的太阳能电池板的表面。在传送带224的预设行进距离(所述预设行进距离224可以通过来自附接到驱动滚筒228的编码器的数据来确定)之后，驱动滚筒228停止旋转并且主框架114沿着太阳能排的长度行进达预设距离。随后，新的清洁周期开始。在所有其他方面中，系统的这个实施例的操作和控制实质上与上文关于图1到图5中所说明的实施例所提供的描述相同。

就用于上文描述的清洁系统的任一实施例的电源而言，系统包含至少一个可再充电电池(优选地密封型铅电池)，不过可使用其他类型的电池。不管使用哪种电池，电池均向系统的驱动系统117、118、125、其电动机以及控制单元120和电子元件提供所需的电力供应。

在日照时间期间，当系统处于静止位置时，可以通过太阳能电池板171对电池进行再充电。这些电池板171可以位于沿着系统的各种位置中，并且可以由清洁系统本身(即，RCA124)或者手动地进行清洁。有必要强调的是，存在用于向清洁系统提供必需的电力供应的其他方式。例如，电池可以从外部来源进行充电，例如现有的电力网、或使用清洁系统的太阳能电厂或太阳能设施的输出。

也可以在没有电池的情况下供应电。在一个此类实施例中，可以通过导电轨道和可移动连接器(类似于火车(铁路)行业中所使用的导电轨道和可移动连接器)将电传递到清洁系统。所有此类电力供应布置都是本发明的一部分。

图7是用于清洁给定太阳能电厂中的多个太阳能电池板排的本发明的实施例的侧视图以及太阳能电厂的太阳能排A和太阳能排B的两个局部侧视图。太阳能排A和B各自与图1的太阳能排111实质上相同或类似。每个太阳能排包含轨道112、113(在图7中被称为轨道或轮廓112a和112b)。图7中仅示出轨道或轮廓112a和112b。对应于图1的轨道113的轨道或轮廓113a和113b在图7中未示出。

图7详细地说明了与已参考图1到图6所描述的元件组合的用于清洁多个太阳能电池板排的设备。因此，将不描述或提及图1到图6的基本系统的所有元件。

图7的系统的主框架311安装在四个轮子312(可以使用各种数目的轮子)上，所述轮子312在垂直于太阳能电厂的太阳能排导向的两个轨道313(图7中仅示出一个轨道)上滚动。两个轨道313是优选的轨道数目，但可以使用任何数目的轨道，或可以使用其他类型的路径(例如，混凝土路径等)。主框架311运载如图1到图6所描述的清洁设备。驱动机构320在两个方向上沿轨道313驱动主框架311。支撑框架314、315安装在主框架311上并且电活塞316连接到支撑框架314和315。改变活塞316的位置(即，延伸范围)将改变轮轴点322的高度。活塞316可以是液压活塞或缆绳绞车。上部框架318通过轮轴322连接到支撑框架314和315。轮轴点322允许上部框架318改变其相对于主框架311的角度。另一个电活塞317改变上部框架318相对于主框架311的角位置。活塞317可以是液压活塞或缆绳绞车。轮廓2112和2113可以分别与太阳能排的轮廓112和113对齐。

控制单元319控制系统在三个维度上相对于太阳能排A和B的位置。可以通过传感器和编码器向控制单元319提供输入数据，所述传感器和编码器在本行业中是众所周知的并且此处不予以描述。供电电源(例如，电池或外部供电电源此处不予以描述。元件111a、112a和111b、112b分别是太阳能电厂的太阳能排A和B的轮廓或轨道，并且分别对应于图1的轨道112、113。

在开始位置处，本发明的清洁系统安置在图7的系统的轮廓2112和2113上。轮廓2112和2113与太阳能排A的轮廓112a和113a(即，图1的轨道112、113)成一直线。在接收到开始清洁命令后，清洁系统即刻分别从轮廓2112和2113朝轮廓112a和113a移动，以接合轮廓(轨道)112a和113a(轨道112和113)，并且太阳能排A的清洁周期开始。这个清洁周期在本文中已参考图1到图6进行描述。一旦清洁周期完成，图1到图6的系统便从轮廓112a和113a朝图7系统的轮廓2112和2113向后移动，直到整个清洁设备重新安置在轮廓2112和2113上。

在这个阶段，控制单元319向驱动机构320提供命令，并且图7的系统在轨道313上从太阳能排A朝太阳能排B移动。当图7的系统到达太阳能排B附近时，图7系统的传感器和编码器向控制单元319传递关于图7系统与太阳能排B之间的相对位置的准确数据。控制单元319处理所述数据并且向驱动机构320以及活塞316和317提供操作命令。图7中的系统改变其水平面、高度和角位置，直到轮廓2112和2113分别与112b和113b(即，太阳能排B的轨道112和113)对齐。随后给出开始清洁命令并且清洁系统从轮廓2112和2113朝轮廓112b和113b移动，并且太阳能排B的清洁周期开始，如本文中参考图1到图6所描述。可以针对任何数目的太阳能排重复上述过程。

图7的系统以及其使用方法的一个重要的主要优点是单个清洁系统可以清洁多个太阳能排并且继而显著地降低每排的清洁成本。另外，由于系统并不是在给定的位置中静止，所以就紧挨着这些排的房地产空间而言，它可以提供更多灵活性。

以上描述的本发明的实施例提供了若干优点。除其他之外，所述实施例中的一个或多个提供了一种将使得太阳能电池板清洁简单有效且可任选地不使用水的系统和方法。并且，公开了一种将使得太阳能电池板清洁过程自动化且经济的系统和方法。甚至进一步地，提供了一种用于清洁太阳能电池板的系统，所述系统需要以低的构造成本进行最小程度的维护和监管。

本发明还提供了一种可在所有天气和地形条件下实现高质量清洁以及高水平可靠性的太阳能电池板清洁系统和方法。所述系统甚至可适于现有的以及新建的太阳能电厂和太阳能设施。

现在参考图8，示出了本发明的电气系统，其操作以上描述的图1到图7中示出的核心系统。对于这个电气系统来说，驱动系统118驱动绞车130以及缠绕在绞车130上的缆绳131，所述缆绳131继而使得副框架(现在被称为移动清洁段136)能够向上移动。当移动清洁段136由于重力而向下移动时，缆绳131从绞车130退绕并且绞车130的退绕旋转导致DC电动机118相应地旋转。驱动系统118包含一个DC电动机或者并联电连接的若干DC电动机。DC驱动系统118在移动清洁段136向上移动时作为电动机进行操作并且在移动清洁段136下降时作为DC发电机进行操作。

元件1002、1003和1004是电子切换装置(在下文中被成为“ESD”)，其可以是固态继电器、机电继电器、功率晶体管、MOSFET、以及其他电子切换装置；所有这些提及的装置在本行业中都是非常熟知的并且因此将不对它们进行描述。ESD1002是常开ESD(在下文中被成为“N.O.”)。ESD1003是N.O.ESD。ESD1004是常闭ESD(在下文中被成为“N.C.”)。元件1001是变压器，其中1005是变压器1001的初级线圈且1006是变压器1001的次级线圈。变压器1001被构造成增压变压器(即，{输出电压/输入电压}>1)。元件1007是常规桥式整流器，其将次级线圈1006的输出AC电压转换成高于电池DC电压的DC电压。元件1008是电气系统的电池，优选地为12或24伏电池(可以使用任何其他电池)。元件1009是正导电线。元件1010是负导电线。元件1011是可编程逻辑控制器(在下文中被成为“PLC”)。

PLC1011接收输入并且产生输出，所述输出呈“打开”-“关闭”的形式或呈脉宽调制的形式。脉宽调制(在下文中被成为“PWM”)在本行业中被称为PWM输出，其意指输出是呈方波的形式，其中频率以及脉宽与全波周期之间的比可以是预定的且已调制的。PLC1011在本行业中是众所周知的装置并且因此将不予以详细描述。ESD1012、ESD1013和ESD1014是分别将PLC信号传输到ESD1002、ESD1003和ESD1004的线。

图8中所示的电气系统的操作如下：

向上运动阶段：在这个阶段中，N.C.ESD1004从PLC1011接收到“打开”信号并且打开(即，使其触点断开连接)；ESD1003未接收到信号并且保持打开(即，保持其触点断开连接)；并且ESD1002从PLC接收到“打开”信号(即，以导致其触点彼此接触)。DC驱动系统118现在连接到电池电源，从而导致DC驱动系统118的电动机旋转并且向上拉动移动清洁段136。电动机118上的有效DC电压可以通过从PLC到ESD1002的脉宽调制(PWM)来控制(控制驱动系统118的电动机上的电压就是控制电动机速度)。

向下运动以及电池充电阶段：在这个阶段，ESD1004仍然打开；ESD1002未接收到信号并且其触点断开连接；DC驱动系统118的电动机由重力驱动从而向下拉动移动清洁段136，并且作为DC发电机进行操作；ESD1003从PLC1011接收到预定PWM。由PLC1011给予ESD1003的脉冲导致电路在PWM的频率和持续时间中切换成关闭和打开，所述电路包含驱动系统118、ESD1003以及变压器1001的初级线圈1005。

所述切换的结果是通过驱动系统118和初级线圈1005的一种类型的失真方波。通过初级线圈1005的电流感应通过次级线圈1006的AC电压。线圈1006上的感应电压传递到桥式整流器1007。桥式整流器1007的输出是DC电压，所述DC电压高于电池电压并且因此可以对电池1008进行充电。

移动清洁段136的下降速度由驱动系统118的断开力来控制。驱动系统118的断开力与连接到驱动系统118的阻抗负载成比例；阻抗取决于PWM、变压器1001的电特性以及电池1008的电压。实验参数：PWM＝5/20；意味着周期＝20毫秒，并且因此频率＝50Hz，并且脉冲宽度＝5毫秒。这些参数仅仅是实例并且可以使用其他特性。

应当理解，本发明并不限于所公开的实施例和上述特性，而是包含结合DC电动机/发电机输出来使用由脉冲触发的任何类型的电气切换装置的任何和所有实施例，所述DC电动机/发电机输出被传递到变压器以便使用变压器输出来控制清洁设备的下降速度和/或对电池的充电。

关于可与本发明结合使用的太阳能电池板清洁系统的额外公开内容在以下各者中找到：2013年6月13日提交的美国专利申请序列号13/917,285、2013年1月28日提交的美国专利申请13/751,903(现在为美国专利号8,500,918)以及2012年5月15日提交的美国临时专利申请序列号61/647,010(现在已过期)、2012年6月25日提交的美国临时专利申请序列号61/663,827和2012年11月12日提交的美国临时专利申请序列号61/725,280、2013年5月3日提交的美国临时专利申请序列号61/819,107。这些申请的全部内容以引用的方式并入本文。

应当理解，本发明并不限于上文所述的实施例，而是包含属于所附权利要求书的范围内的任何和所有实施例。虽然上文已关于特定设备和特定实施方案描述了本发明，但应当清楚的是，在本发明的范围内，可以作出各种修改和变更，并且一个实施例的各种特征可以包含在其他实施例中。应当理解，本发明并不限于所述实施例。

Claims (19)

1.一种具有电子缓降控制和势能回收系统的太阳能电池板排清洁系统，所述太阳能排呈倾斜式并且每一者在所述太阳能排的宽度方向上具有上端和下端，所述清洁系统包括：

可移动框架，其可在所述太阳能排的长度方向上移动；

至少一个清洁设备，其安装在所述框架上并且可在所述太阳能排的宽度方向上移动；

至少一个DC电动机/发电机，其用于使所述至少一个清洁设备在所述宽度方向上向上移动并且被配置成当所述至少一个清洁设备向下移动时由重力驱动，从而导致所述至少一个DC电动机/发电机作为DC发电机进行操作并且产生DC输出；

电子切换装置，其用于在所述至少一个DC电动机/发电机作为发电机进行操作时使所述至少一个DC电动机/发电机的DC输出进行打开和关闭的切换以产生交流电；

电池；

变压器和整流器，所述交流电传递通过所述变压器和所述整流器以在所述至少一个清洁设备向下移动时对所述电池充电，

当所述至少一个DC电动机/发电机作为发电机进行操作时，所述电子切换装置、所述变压器、所述整流器以及所述电池在所述至少一个DC电动机/发电机上产生阻抗负载，从而产生控制所述至少一个清洁设备的下降速率的制动力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子切换装置包括固态继电器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子切换装置包括功率晶体管。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子切换装置包括MOSFET。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述电子切换装置包括被配置成根据来自外部来源的信号而切换到打开和关闭位置的电子开关。

6.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括作为所述外部来源的可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器提供用于使所述电子切换装置进行打开和关闭的切换的所述信号。

7.根据权利要求5所述的系统，其进一步包括作为所述外部来源的可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器提供用于使所述电子切换装置进行打开和关闭的切换的脉宽调制信号。

8.一种用于清洁倾斜式太阳能电池板组件的太阳能电池板清洁设备的控制系统，所述清洁设备可越过所述太阳能电池板组件向上和向下移动，所述控制系统包括：

DC驱动/发电机，其用于使所述清洁设备越过所述太阳能电池板组件向上移动，所述DC驱动/发电机被配置成当所述清洁设备由于重力作用而向下移动时作为发电机进行操作并且产生电力；

切换机构，其改变通往和来自所述DC驱动/发电机的电力；以及

控制器，其耦接到所述切换机构并且提供信号，所述信号改变所述切换机构的配置以在所述清洁设备向下移动时利用所述产生的电力选择性地对能量存储单元进行充电并且在所述清洁设备向下移动期间控制所述清洁设备的下降。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述切换机构是电子切换装置，所述电子切换装置在所述清洁设备向下移动期间对所述DC驱动/发电机进行打开和关闭的切换以产生交流电。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其进一步包括变压器和整流器，所述变压器和所述整流器耦接到所述DC驱动/发电机和所述能量存储单元并且配合来基于由所述DC驱动/发电机产生的所述交流电对所述能量存储单元进行充电。

11.根据权利要求10所述的控制系统，其中所述切换机构、所述变压器、所述整流器以及所述能量存储单元在所述DC驱动/发电机作为发电机进行操作时在所述DC驱动/发电机上产生阻抗负载，所述阻抗负载引起控制所述清洁设备的下降速率的制动力。

12.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述驱动机构包括至少一个DC电动机。

13.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述切换机构包括固态继电器。

14.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述切换机构包括功率晶体管。

15.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述切换机构包括MOSFET。

16.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述切换机构包括电子开关，所述电子开关具有第一打开状态和第二关闭状态并且被配置成通过所述控制器在所述第一打开状态与所述第二关闭状态之间进行切换。

17.根据权利要求16所述的控制系统，其中所述控制器提供脉宽调制(PWM)信号，所述PWM信号导致所述电子开关根据所述PWM在所述第一打开状态与所述第二关闭状态之间进行切换。

18.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述切换机构包括多个开关，

所述控制器被配置成控制所述开关，以使得在所述清洁设备向上移动期间所述DC驱动/发电机从所述能量存储单元接收电力，并且使得在所述清洁设备向下移动期间所述DC驱动/发电机导致所述能量存储单元的再充电，并且通过控制连接到所述DC驱动/发电机的可变阻抗负载来控制所述清洁设备的下降速度。

19.根据权利要求18所述的控制系统，其中所述多个开关包含第一常开电子控制开关、第二常开电子控制开关以及第三常闭电子控制开关。