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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 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 im 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