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Die
Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung, die eine schnelle
teilautomatisierte Reinigung insbesondere von großen Freiflächenanlagen,
aber auch von schwer erreichbaren, kleineren dezentralen Flächen,
wie z. B. von auf Hausdächern montierten Photovoltaikanlagen
oder von Gewächshäusern, mit reproduzierbarem
Ergebnis ermöglicht. Durch den Reinigungsvorgang bedingte
Beschädigungen können praktisch ausgeschlossen
werden.
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Prinzipbedingt
sind die aktiven Teile von fotovoltaischen und solarthermischen
Kraftwerken, wie Solarzellen und Reflektoren, ständig der
Witterung ausgesetzt. Eine stetige Verschmutzung dieser Teile ist
folglich unvermeidbar. Die Verschmutzungen können dabei
von einem Staubfilm bis hin zu biologischem Bewuchs reichen. Sowohl
bei fotovoltaischen als auch bei solarthermischen Kraftwerken führen Verschmutzungen
zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades und damit verbundenen
zu verringerten Strom- bzw. Wärmeausbeuten.
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Die
Verschmutzungsraten und der maximale Verschmutzungsgrad hängen
stark von der geographischen Lage und von den Aufstellungsbedingungen
der Module ab. So kann man in mitteleuropäischen Lagen
von Verschmutzungsraten ausgehen, die zu Verlusten der Strom- bzw.
Wärmeausbeute zwischen 5% und 15% pro Jahr führen,
wobei jedoch der Verschmutzungsprozess nicht linear und stark von
den Witterungsbedingungen abhängig ist. In trockenen Regionen
oder in trockenen Jahreszeiten kann die Verschmutzungsrate wesentlich
höher sein und eine Verringerung des Wirkungsgrads von über 10%
pro Tag bewirken, z. B. wenn ein starker Wind große Mengen
Sand mit sich führt und sich der Sand auf den Modulen ablagert.
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Um
diese Verluste zu verringern, müssen die Solarmodule regelmäßig
gereinigt werden, wobei jeweils eine Abwägung zwischen
den Reinigungskosten und den durch die Verschmutzungen bedingten Ausbeuteverlusten
zu treffen ist.
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Oft
werden die Solarmodule noch manuell mittels an Stangensystemen angebrachter
Bürsten gereinigt, die über Schläuche
mit einem Reinigungsmittel, z. B. mit Wasser, das mit Tensiden vermischt ist,
versorgt werden. Mit einer solchen manuellen Reinigung werden jedoch
nur geringe Reinigungsgeschwindigkeiten erreicht; die Säuberung
ist ungleichmäßig und das Ergebnis nicht reproduzierbar.
Außerdem besteht die Gefahr, dass die empfindlichen Solarmodule
bei einem unsachgemäßen Einsatz des Reinigungsgeräts
durch zu hohen partiellen Anpressdruck zerstört werden.
Schließlich ist ab einer bestimmten Auslage des Stangensystems
keine sichere Führung der Bürste mehr möglich,
was zur Folge hat, dass Solarmodule, die nur aus großem
Abstand oder unter einem ungünstigen Winkel erreichbar sind, überhaupt
nicht gereinigt werden können.
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Außerdem
sind maschinelle Reinigungsverfahren bekannt, bei denen auf Trägerfahrzeugen montierte
und mit Bürsten oder Düsen ausgestattete Reinigungsgeräte
eingesetzt werden. Zur Reinigung werden die einzelnen Solarmodule
jeweils von den Trägerfahrzeugen angefahren.
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So
wird in
DE 20
2009 006 195 U1 eine Vorrichtung zum Reinigen von glatten
Flächen, wie z. B. Oberflächen von Solarkollektoren,
Fotovoltaikelementen und Dachflächen von Gebäuden,
insbesondere aus Glas, vorgestellt, die auf einer fahrbaren Hebebühne,
einem Bagger oder einem Kran montiert ist. Die Vorrichtung besteht
aus einer Reinigungseinheit, einem Gestänge, an dessen
einem Ende die Reinigungseinheit angeordnet ist, und wenigstens
einer Bedieneinheit. Um zu hohe Anpressdrücke zu vermeiden,
ist die Vorrichtung mit einer Abfang- bzw. einer Verstelleinrichtung
ausgestattet, mittels derer die von der Vorrichtung auf die Oberfläche
eingetragene Last einstellbar bzw. veränderbar ist.
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Ein
Einsatz derartiger Reinigungsgeräte ist, insbesondere bei
kleineren, dezentralen Solaranlagen, nicht wirtschaftlich. Hinzu
kommt, dass Solarmodule, die sich auf einem Gelände befinden,
das sehr unebenen oder stark bewachsen ist, oder auf dem sich bauliche
Hindernisse befinden, überhaupt nicht erreicht werden können.
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Darüber
hinaus sind auf dem Stand der Technik Reinigungsvorrichtungen bekannt,
die eine teilautomatisierte Reinigung von Solarzellen ermöglichen.
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So
wird in
DE 10
2006 053 704 A1 ein Verfahren zur Reinigung von Solarkollektoren
mittels eines Waschapparats beschrieben, der mit Hilfe von Waschdüsen
und/oder Bürsten Wasser auf die Oberfläche der
Solarkollektoren aufbringt und die Oberfläche abwäscht.
Während der Reinigung umgreift der Waschapparat den Solarkollektor
im Kantenbereich derart, dass dieser unmittelbar an dem Solarkollektor längsverschieblich
geführt wird.
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Während
für (thermische) Solarkollektoren, deren Ränder
nur durch ein Gehäuse aus Blech oder Kunststoff gebildet
sind, eine Führung mittels Umgreifens im Kantenbereich
sinnvoll ist, besteht bei (fotovoltaischen) Solarmodulen, insbesondere
bei rahmenlosen, die Gefahr, dass bei der Reinigung auf der empfindlichen
Rückseite der Solarmodule Mikrokratzer oder Mikrocracks
verursacht werden, die zu eine Minder- bzw. Fehlfunktion des betreffenden
Solarmoduls führen können. Außerdem muss
der Waschapparat vor der Reinigung der Solarkollektoren jeweils von
Hand auf diese aufgesetzt werden, was generell einen vergleichsweise
hohen Aufwand erfordert. Schwer zugängliche Solarmodule
können schlimmstenfalls gar nicht gereinigt worden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mobile (nicht fest installierte)
Reinigungsvorrichtung zu finden, mit der insbesondere große
Freiflächenanlagen, aber auch schwer erreichbare, kleinere dezentralen
Flächen, wie z. B. auf Hausdächern montierte Photovoltaikanlagen,
in einem teilautomatisierten Prozess schnell und mit reproduzierbarem Ergebnis
geeinigt werden können. Durch den Reinigungsvorgang bedingte
Beschädigungen sollen praktisch ausgeschlossen sein.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen
und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2
bis 14.
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Ausgegangen
wird von einer Reinigungsvorrichtung zur teilautomatisierten Reinigung
von Objekten mit freiliegender Oberkante und mit glatten Oberflächen,
wie z. B. Solarmodule und Glasscheiben. Die Reinigungsvorrichtung
umfasst mindestens eine Reinigungseinheit mit zumindest einem Reinigungselement,
wie z. B. einer Bürste oder einer Düse, und mindestens
einen Antrieb.
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Nach
Maßgabe der Erfindung weist die Reinigungsvorrichtung ein
Halteelement und ein Führungselement auf. Das Halteelement
ist typischerweise als längeneinstellbares Element, z.
B. als Teleskopstange, ausgeführt, wobei an einem Ende
des Halteelements die mindestens eine Reinigungseinheit, der mindestens
eine Antrieb und das Führungselement befestigt sind. Das
Halteelement hat drei Funktionen.
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Erstens
wird mittels des Halteelements die Reinigungsvorrichtung an der
zu reinigenden Fläche positioniert. Da das Halteelement
längenverstellbar ausgeführt ist und ggf. auch über
Gelenke und feste oder verstellbare Winkel, die bevorzugt in Form
eines modulares Baukastensystem vorliegen, verfügt, können
problemlos auch schwer zugängliche Flächen gereinigt
werden. Zur Positionierung der Reinigungsvorrichtung wird das Führungselement
auf einem Ende der freiliegenden Oberkante des zu reinigenden Objekts
aufgesetzt. Durch den mindestens einen Antrieb wird nach dem Aufsetzen
automatisch ein Vorschub der mindestens einen Reinigungseinheit bewirkt;
gleichzeitig stützt sich die mindestens eine Reinigungseinheit über
das Führungselement auf dem oben liegenden Rand/der oben
liegenden Kante des zu reinigenden Objekts ab.
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Zweitens
kann mit Hilfe des Halteelements, insbesondere bei Flächen,
die senkrecht oder nahezu senkrecht angeordnet sind und die dünne,
abgerundete Kanten aufweisen, vom Bedienungspersonal sichergestellt
werden, dass die mindestens eine Reinigungseinheit während
der Reinigungszeit am zu reinigenden Objekt verbleibt und zudem
mit dem gewünschten Anpressdruck anliegt. Durch Bedienungsfehler
bedingte, zu hohe Anpressdrücke werden entweder (insbesondere
beim Einsatz von vergleichsweise langen und dünnen Halteelementen)
allein durch die Elastizität des Halteelements verhindert oder
es werden zusätzlich Federelemente (Spiralfedern, Gaszylinder,
etc.) in die Halteelemente integriert, wobei noch die Anpresskraft
gemessen und ggf. geregelt werden kann.
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Drittens
ermöglicht es das Halteelement, den über den mindestens
einen Antrieb automatisch erfolgenden Vorschub zu unterstützen,
falls der Vorschub, z. B. aufgrund von Hindernissen auf der Oberkante
oder zu hoher Reibung, ins Stocken gerät.
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In
einer vorteilhaften Variante ist das Führungselement mit
mindestens einer Rolle ausgestattet und der während der
Reinigung erfolgende Vorschub wird entweder direkt über
die Reinigungselemente, die mit dem mindestens einen Antrieb verbunden
sind, bewirkt, oder der Vorschub erfolgt mittels eines Antriebs,
der an ein auf den unteren Rand des Objekts wirkendes Antriebsmittel,
z. B. Rollen oder Reibräder, gekoppelt ist.
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Die
Reinigungsvorrichtung kann besonders unkompliziert aufgebaut werden,
wenn die Antriebsmittel und das Führungselement kombiniert
werden, indem an den Antrieb Rollen als Antriebsmittel gekoppelt
werden, die beim Betrieb der Reinigungsvorrichtung auf dem oben
liegenden Rand des zu reinigenden Objekts aufliegen. Die Rollen
bewirken dann einerseits den Vorschub und gewährleisten
andererseits, dass sich die mindestens eine Reinigungseinheit während
des Reinigungsvorgangs abstützen kann. Optional kann die
Reinigungsvorrichtung auch über zwei synchronisierte Antriebe
verfügen, wobei jeweils über Antriebsmittel der
eine Antrieb auf den oberen und der andere Antrieb auf den unteren
Rand des Objekts wirkt.
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Sind
als Antriebsmittel Rollen eingesetzt, so können diese derart
ausgeführt sein, dass ein sicherer Lauf mit einer Vorspur
und/oder mittels eines an den Rollen befestigten Bundes gewährleistet
wird. Die Rollen können auch, z. B. über eine
Federung, höhenbeweglich gelagert sein, sodass sie Hindernisse
besser überwinden können. Denkbar ist es auch, kippbare,
klappbare oder schwenkbare Rollen zu verwenden oder Rollen einzusetzen,
die sich während des Reinigungsvorgangs auf dem Randbereich der
Oberfläche des Moduls bewegen.
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Falls
mit der Reinigungsvorrichtung vorwiegend rahmenlose Solarmodule
geeinigt werden sollen, werden, um eine verbesserte Führung
der Reinigungsvorrichtung zu erreichen, Rollen mit zwei Bunden (Riemenräder)
verwendet. Um Beschädigungen der Rückseite der
Solarmodule auszuschließen, sind die Bunde der Riemenräder
so zu dimensionieren, dass sie lediglich eine sichere Führung
gewährleisten, jedoch nicht zum Aufbau eines Anpressdrucks während
der Reinigung genutzt werden (dieser darf ausschließlich
durch das auf der zu reinigenden Fläche lastende Eigengewicht
der Reinigungsvorrichtung in Kombination mit einer Kraftausübung
mittels des Halteelements aufgebaut werden).
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Es
ist aber auch denkbar, dass der Vorschub der mindestens einen Reinigungseinheit
mittels Ketten, Zahnriemen, Zahnstangen, Seilzügen oder
Reibräder bewirkt wird. Ist zusätzlich noch eine
Bewegung der Reinigungseinheit quer zur Vorschubrichtung vorgesehen,
können hierzu Reibräder, Saugnäpfe oder
Gummiketten verwendet werden.
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Eine
besonders gründliche Reinigung mit reproduzierbarem Ergebnis
wird erreicht, wenn der Antrieb mit dem mindestens einen Antriebsmittel
und gleichzeitig mit dem mindestens einen Reinigungselement derart
gekoppelt ist, dass das mindestens eine Reinigungselement während
des Vorschubs eine rotatorische und/oder translatorische Relativbewegung
zur Vorschubrichtung ausführt.
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Des
Weiteren ist es vorgesehen, dass am Halteelement mindestens ein
Distanzelement befestigt ist, das während der Reinigung
einen definierten Abstand zwischen der mindestens einen Reinigungseinheit
und der zu reinigenden Fläche des Objekts gewährleistet.
Das Haltelement kann durch mindestens zwei Rollen, durch mindestens
eine Bürste/Bürstenreihe, durch ein Luftkissen
oder durch mindestens eine Gummilippe realisiert sein. Wird eine Gummilippe
eingesetzt, dann bietet sich außerdem an, diese mit Öffnungen,
die dem Absaugen von abfließender Reinigungsflüssigkeit
dienen, zu versehen.
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Die
Leitungen zur Übertragung des Reinigungsmediums und der
Antriebsenergie sind vorteilhafterweise im Halteelement integriert.
Zusätzlich können in Halteelement auch Leitungen
für Sensorsignale und/oder zur Rückführung
von benutztem Reinigungsmedium verlegt werden.
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Darüber
hinaus ist vorgesehen, die mindestens eine Reinigungseinheit mit
mehreren zueinander versetzten Bürsten bzw. Bürstenreihen
auszustatten, oder die mindestens eine Reinigungseinheit mit mehreren
Reinigungsdüsen zu versehen, die so angeordnet sind, dass
die zu reinigenden Fläche lückenlos mit dem Reinigungsmedium überstrichen wird,
wobei das Medium außerdem die zu reinigende Fläche
mit nahezu gleichem Druck erreicht.
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Optional
wird die mindestens eine Reinigungseinheit, um die Reinigungswirkung
weiter zu verbessern bzw. flüssiges Reinigungsmedium einzusparen,
mit Mitteln zum Absaugen von bei der Reinigung verwirbeltem Reinigungsmedium
und/oder mit Vorrichtungen zum Vor- und/oder Nachsprühen und/oder
zum Vor- und/oder Nachblasen und/oder mit Düsen zum Abblasen
oder Absaugen von Verunreinigungen vor der Hauptreinigung, ausgestattet.
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Zur
Einsparung von flüssigem Reinigungsmedium kann die mindestens
eine Reinigungseinheit mit einer Rückgewinnungseinheit
und einer Filteranlage für das Reinigungsmedium ausgerüstet
werden. Die Rückgewinnungseinheit kann als Auffangwanne, die
sich unterhalb der mindestens einen Reinigungseinheit befindet und
mit dieser mitbewegt wird, ausgeführt werden oder als Absaugvorrichtung
realisiert sein. Zusätzlich kann die Reinigungsvorrichtung noch
mit einem Windschutz, der ein unkontrolliertes Abfließen
des flüssigen Reinigungsmediums verhindert, ausgerüstet
werden.
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Weitere
mögliche Ausstattungen, die zur Erhöhung der Betriebssicherheit
bzw. der Reinigungsqualität der Reinigungsvorrichtung führen,
sind:
- – eine Fernsteuerung, die eine
gezielte Beeinflussung der Fahrtrichtung, der Geschwindigkeit und der
Reinigungsparameter erlaubt,
- – eine Vorrichtung zur Messung der Vorschubgeschwindigkeit
sowie einer Anzeige, die unter Berücksichtigung eines einstellbaren
Toleranzbereiches darstellt, ob zu schnell, zu langsam oder mit der
korrekten Reinigungsgeschwindigkeit gefahren wird
- – eine entweder mittels einer Sensorik oder einer Kamera
gesteuerte Überwachungseinheit, die Hindernisse, Verschmutzungen
sowie das Erreichen von Endlagen erkennt und das Reinigungsgerät
entsprechend steuert,
- – eine Überwachungssensorik für den
Verschmutzungsgrad der zu reinigenden Fläche vor und nach
der Reinigung,
- – eine Kamera mit Beleuchtungseinheit am Reinigungskopf
und Monitor zur Visualisierung des Verschmutzungszustandes bzw.
Reinigungsergebnisses,
- – ein System, das die Reinigungsergebnisse protokolliert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von sechs Ausführungsbeispielen
näher erläutert; hierzu zeigen:
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1:
eine Reinigungsvorrichtung mit einer Führung am unteren
Rand des zu reinigenden Objekts,
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2:
eine Reinigungsvorrichtung mit über ein Gelenk angebundener
Haltevorrichtung,
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3a:
eine Reinigungsvorrichtung mit Rollen als Antriebsmittel, die auf
der Oberkante des zu reinigenden Objekts aufliegen,
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3b:
eine Reinigungsvorrichtung mit Rollen als Antriebsmittel, die im
Seitenbereich der Oberfläche des zu reinigenden Objekts
aufliegen,
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4:
eine Reinigungsvorrichtung mit Rollen als Antriebsmittel, die auf
der Oberkante und einer weiteren Rolle die im Seitenbereich der
Oberfläche des zu reinigenden Objekts aufliegen,
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5:
eine Reinigung eines auf einem Hausdach montierten Solarmoduls,
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6:
eine Reinigungsvorrichtung mit zwei Reinigungseinheiten und mit
einem Führungselement, das aus zwei Führungsmodulen
aufgebaut ist.
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Bei
der in 1 dargestellten Reinigungsvorrichtung sind der
Antrieb 1, der während des Reinigungsvorgangs
des Solarmoduls 2 mittels der mit Bunden 3 versehenen
Antriebsrollen 4 den Vorschub bewirkt, die Reinigungseinheit 5 und
die Distanzelemente 6 starr mit dem Halteelement 7 verbunden.
Die Antriebsrollen 4 übernehmen bei dieser Variante gleichzeitig
die Funktion des Führungselements 8, da sie gleichzeitig
auch als Abstützrollen 9, also zur Abstützung
der Reinigungsvorrichtung auf dem Solarmodul 2, dienen.
Außerdem ist am Halteelement 7 ein Gegenlager 10 mit
entweder passiven oder aktiv angetriebene Rollen 11 angebracht,
die an der Unterkante 12 des Moduls 1 anliegen,
wodurch eine weitere Führung bzw. auch ein unterstützender
Vorschub am unteren Rand des Moduls 1 ermöglicht
wird.
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Bei
der in 2 dargestellten Reinigungsvorrichtung ist das
Halteelement 7 über das Gelenk 13 mit
dem Träger 14 verbunden, an dem wiederum der Antrieb 1,
die Reinigungseinheit 5 und die Distanzelemente 6 befestigt
sind.
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3a zeigt
schematisch eine Reinigungsvorrichtung, bei der der Vorschub mittels
auf der Oberkante 15 des Solarmoduls 2 ablaufender
Rollen 4 bewirkt wird, während in 3b ein
Antrieb 1 dargestellt ist, dessen Rollen 4 sich
auf dem Seitenbereich der Oberfläche des Solarmoduls 1 abstützen.
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Die
in 4 dargestellte Reinigungsvorrichtung stützt
sich mit ihren Antriebsrollen 4 auf der Oberkante 15 des
Solarmoduls 1 ab und verfügt außerdem über
die wegklappbare Steighilfe 16.
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Zur
Reinigung von schwer zugänglichen, auf Hausdächern
montierten Solarmodulen 1 (5) werden
Halteelemente 7 eingesetzt, die über zwei feste
oder einstellbare Winkelelemente 17 verfügen.
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Die
in 6 dargestellte Reinigungsvorrichtung, die insbesondere
zur Reinigung von sehr langen (einige 10 bis einige 100 m) Solarmodulen
bzw. Solarmodulreihen eingesetzt wird, ist mit zwei höhenverstellbaren
Reinigungseinheiten 5 und mit einem Führungselement 8,
das aus zwei über ein Gestänge verbundenen Führungsmodulen 8.1, 8.2 besteht, ausgestattet,
wobei jeweils eine der Reinigungseinheiten 5 den oberen
und die andere den unteren Teil des zu reinigenden Moduls säubert.
Abschnitte am Anfang sowie am Ende der Module bzw. Modulreihen,
die konstruktionsbedingt von den Reinigungseinheiten 5 nicht
erreichbar sind (jedoch bei langen Modulen bzw. Modulreihen nur
wenig ins Gewicht fallen), werden, falls sie stark verschmutzt sind,
von Hand nachgereinigt, während bei schwach verschmutzten
Abschnitten auf die Reinigung verzichtet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antrieb
- 2
- zu
reinigendes Objekts/Solarmodul
- 3
- Bund
- 4
- Antriebsmittel/Antriebsrolle
- 5
- Reinigungseinheit
- 6
- Distanzelement
- 7
- Halteelement
- 8
- Führungselement
- 8.1
- erstes
Führungsmodul
- 8.2
- zweites
Führungsmodul
- 9
- Abstützrolle
- 10
- Gegenlager
- 11
- Rollen
des Gegenlagers
- 12
- unterer
Rand des zu reinigenden Objekts/Unterkante des Solarmoduls
- 13
- Gelenk
- 14
- Träger
- 15
- oben
liegender Rand des zu reinigenden Objekts/Oberkante des Solarmoduls
- 16
- Steighilfe
- 17
- Winkelelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202009006195
U1 [0007]
- - DE 102006053704 A1 [0010]
