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Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung für Solarmodule und ein Fahrzeug mit einer derartigen Reinigungsvorrichtung.
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Solarmodule werden stets möglichst senkrecht zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet, um eine maximale Strahlungsdichte und damit Leistungsdichte bei der Wandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom zu erreichen. Dabei ist es im Sinne einer Leistungsmaximierung weiterhin wichtig, dass die Oberflächen der Solarmodule stets sauber sind und regelmäßig z.B. von Staub, Vogelkot oder auch Schnee befreit werden.
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Die beiden Druckschriften
WO2010/072877 A1 und
WO2010/079242 A1 zeigen jeweils eine Reinigungsvorrichtung für Solarmodule. Beide Reinigungsvorrichtungen können an die Winkel von schräg gestellten Solarmodulen gegenüber einem Boden angepasst werden. Diese Schrägstellung ergibt sich insbesondere, wenn die Solarmodule nicht in der Nähe des Äquators aufgestellt sind und dabei senkrecht zur Sonnenstrahlung ausgerichtet werden. Beide Reinigungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik sind zur Montage an einem Fahrzeug vorgesehen, das entlang einer länglichen Fläche von (z.B. matrixartig angeordneten) Solarmodulen fährt. Das Fahrzeug führt dazu die Reinigungsvorrichtung über einen Auslegerarm über die Fläche.
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Da der Boden über den das Fahrzeug dabei fährt, meist uneben ist, stellen sich gewisse Anforderungen an die Einhaltung bzw. Regelung eines korrekten Abstands zwischen der Reinigungsvorrichtung und den Solarmodulen. Dazu wird in beiden Druckschriften
WO2010/072877 A1 und
WO2010/079242 A1 jeweils ein mechanischer Abstandsensor vorgeschlagen.
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Nachteilig an derartigen Reinigungsvorrichtungen mit mechanischen Sensoren sind die Vibrationen, die bei der Reinigung durch die mechanische Abstützung auf die Module übertragen werden und insbesondere die Gefahr von Kratzern auf ihren Oberflächen.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Reinigungsvorrichtung für Solarmodule zu schaffen, mit der stets ein vorbestimmter Abstand zu den Oberflächen der Solarmodule eingehalten werden kann, wobei die Solarmodule nicht beeinträchtigt oder ihre Oberflächen beschädigt werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Reinigungsvorrichtung für Solarmodule mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
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Bei der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung für die Oberflächen von Solarmodulen ist ein Abstand ihres Hauptabschnitts zur jeweiligen Oberfläche über eine Abstandssensorik berührungslos erfassbar. Weiterhin ist der Abstand über eine Stellvorrichtung einstellbar. Dadurch ist eine Regelung des optimalen Abstands zwischen dem Hauptabschnitt der Reinigungsvorrichtung und der jeweiligen Oberfläche möglich, wobei die Abstandsmessung ohne mechanische Belastung der Solarmodule oder Oberflächenbeschädigung (insbesondere Verkratzen) möglich ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei vergleichsweise flach aufgestellten bzw. ausgerichteten Solarmodulen kann die Stellvorrichtung eine Hubvorrichtung sein.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung hat eine Steuerung, von der die Stellvorrichtung bzw. Hubvorrichtung in Abhängigkeit von Signalen der Abstandssensorik ansteuerbar ist. Damit ist ein automatischer Regelkreis geschaffen.
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Dabei wird es bevorzugt, wenn die Abstandsensorik vier bis sechs berührungslose Abstandsensoren hat.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Reinigungsvorrichtung ist an beiden Endabschnitten des Hauptabschnitts jeweils ein Infrarotsensor angeordnet. Damit ist der vorrichtungstechnische Aufwand für die Abstandssensorik minimiert, über die neben dem Abstand auch eine korrekte parallele Ausrichtung des Hauptabschnitts zur jeweiligen Oberfläche überwacht und bei entsprechend ausgelegter Stellvorrichtung eingehalten werden kann.
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Bei einer anderen besonders bevorzugten Weiterbildung der Reinigungsvorrichtung ist an vier Eckbereichen des Hauptabschnitts jeweils ein Infrarotsensor angeordnet. Damit ist der vorrichtungstechnische Aufwand für die Abstandssensorik minimiert, über die neben dem Abstand und einer parallelen Ausrichtung des Hauptabschnitts zur jeweiligen Oberfläche in einer Bewegungsrichtung auch eine parallele Ausrichtung quer zur Bewegungsrichtung überwacht und bei entsprechend ausgelegter Stellvorrichtung eingehalten werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Hauptabschnitt in der Bewegungsrichtung über die Oberfläche geführt wird, und dabei Schnee von der jeweiligen Oberfläche entfernt werden soll.
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Dabei kann die Länge des Hauptabschnitts bei einer Querstellung gegenüber der Bewegungsrichtung einer Breite der zu reinigenden Oberfläche entsprechen. Damit ist der ein optimales Verhältnis aus Größe des Hauptabschnitts und Bearbeitungsdauer entlang der Bewegungsrichtung geschaffen. Oder die Länge des Hauptabschnitts kann bei einer Schrägstellung gegenüber der Bewegungsrichtung größer als die Breite der zu reinigende Oberfläche sein. Dies kann vorteilhaft bei der effektiven Entfernung von Schnee durch die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung sein.
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Vorzugsweise sind mehre drehbare Bürsten vorgesehen, die hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch mit variablen Drehrichtungen und/ oder Drehgeschwindigkeiten antreibbar sind. Die Drehgeschwindigkeiten können z.B. zwischen 50 und 200 U/min betragen.
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Bevorzugterweise ist ein Abstand der Bürsten zueinander variabel. Somit können sich die Bürsten beispielsweise überlappen oder einen großen Abstand zueinander aufweisen. Beispielsweise kann der Abstand der Bürsten zum Abtragen von harten gefrorenem Schnee von den Solarmodulen minimal sein, während der Abstand bei leicht abzutragenden Schnee vergrößert ist, um die Abtraggeschwindigkeit zu erhöhen. Es ist auch denkbar, dass die Bürsten unterschiedliche Abstände aufweisen.
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Bei einem vorrichtungstechnisch einfachen Aufbau sind eine erste und eine zweite Reihe von im Wesentlichen gleichen Bürsten vorgesehen, die sich beide etwa über die Länge des Hauptabschnitts erstrecken.
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Für unterschiedliche Reinigungsaufgaben können die Bürsten der zweiten Reihe gleichsinnig und gegensinnig zu den Bürsten der ersten Reihe antreibbar sein.
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Bei einer Weiterbildung mit zwei Reihen von etwa gleichgroßen Bürsten ist es von Vorteil, wenn die jeweiligen Abstände zwischen den Bürsten (reihenintern und reihenübergreifend) geringer sind als ihre Durchmesser, und wenn ein Versatz der ersten Reihe zur zweiten Reihe entlang der Länge des Hauptabschnitts Versatz = (Durchmesser + Abstand)/2 beträgt. Damit ist bei einer Ausrichtung des Hauptabschnitts bzw. der beiden Reihen senkrecht zur Bewegungsrichtung eine Reinigung der kompletten Arbeitsbreite gewährleistet.
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Je mehr der Durchmesser der Bürsten den Abstand zwischen den Bürsten übertrifft, desto sicherer ist eine lückenlose Reinigung der kompletten Arbeitsbreite auch bei einem gegenüber einer Verfahrrichtung schräg gestellten Hauptabschnitt bzw. bei gekippten Reihen.
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Zur Anpassung an unterschiedliche Winkel der Oberflächen und zum Ausgleich von seitlichen Unebenheiten des Bodens, wenn die Reinigungsvorrichtung über den Boden geführt bzw. gefahren wird, hat die Stellvorrichtung vorzugsweise einen schwenkbaren Arm, insbesondere Teleskoparm, der über ein Schwenkgelenk an den Hauptabschnitt gekoppelt ist.
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An den Arm können Hauptabschnitte mit verschiedenen Längen in einem Bereich von 1m bis 10m modular anbaubar sein. Wenn z.B. ein einzelnes Solarmodul eine Breite von 1,2m hat, und wenn verschiedene Tische gereinigt werden sollen, die über ihre Breite mehrere verschieden viele Solarmodule aufweisen, können dem entsprechend ein Hauptabschnitt von 1,2m Länge und weitere Hauptabschnitte mit vielfachen von 1,2m Länge vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist das Schwenkgelenk als Drehschwenkgelenk weitergebildet, das eine Drehung des Hauptabschnitts gegenüber dem Arm ermöglicht. Damit ist eine Drehung des Hauptabschnitts gegenüber der jeweiligen Oberfläche und eine Schrägstellung des Hauptabschnitts gegenüber der Bewegungsrichtung möglich. Dies kann für spezielle Reinigungsaufgaben wie z.B. das Herunterschieben von Schnee von Vorteil sein.
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Eine beliebige Schrägstellung des Hauptabschnitts bzw. der Reihen gegenüber der Bewegungsrichtung bei gleichzeitiger lückenloser Reinigung der kompletten Arbeitsbreite ist möglich, wenn für die Abstände zwischen den Bürsten gilt: Abstand < 0,155·Durchmesser.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Bürsten der in Bewegungsrichtung vorne angeordneten Reihe minimal und beträgt beispielsweise weniger als 1 cm. Dies hat den Vorteil, dass auf den Solarmodulen abzutragender Schnee bereits von den Bürsten der ersten Reihe weitestgehend abgetragen wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Abstand der Bürsten der zweiten Reihe minimal sein, womit Schnee im Wesentlichen vollständig von Oberflächen der Solarmodule abtragbar ist. Mit Vorteil könnte der Abstand der Bürsten auch witterungsabhängig sein, womit beispielsweise der Abstand zwischen den Bürsten nur bei zu entfernenden Schnee minimal ist. Ein minimaler Abstand ist hierbei vorzugsweise so gewählt, dass sich die Bürsten im Wesentlichen nicht berühren.
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An das erfindungsgemäße Fahrzeug ist eine vorbeschriebene Reinigungsvorrichtung gekoppelt.
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Dabei wird es bevorzugt, wenn der Arm über ein Gelenk an das Fahrzeug gekoppelt ist, über das der Arm um 180 Grad gegenüber der Arbeitsmaschine schwenkbar ist. Damit kann die Reinigungsvorrichtung beidseitig des Fahrzeugs eingesetzt werden und erfindungsgemäß ihr Abstand berührungslos geregelt werden.
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Vorzugsweise hat das Fahrzeug einen Tank für entmineralisiertes Wasser und/oder einen Tank für Reinigungsmittel. Die Reinigungsvorrichtung hat dabei Düsen, die entsprechend jeweils mit zumindest einem der Tanks verbunden sind. Damit lässt sich stetig Reinigungsmittel zur Unterstützung der Reinigung und in der Bewegungsrichtung dahinter entmineralisiertes Wasser zum Spülen auf die zu reinigenden Oberflächen auftragen.
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Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Fahrzeug mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
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2 das Fahrzeug mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung und mit zu reinigenden Solarmodulen in einer Vorderansicht; und
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3 das Fahrzeug mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung in einer seitlichen Ansicht.
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1 zeigt mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen an ein Fahrzeug 3 gekoppelten Reinigungsvorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht. Das Fahrzeug 3 hat eine vergleichsweise geringe Breite von ca. 1,3m, damit es problemlos zwischen zwei (in 1 nicht gezeigten) Tischen von zu reinigenden Solarmodulen hindurch fahren kann.
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An der Vorderseite des Fahrzeugs ist ein Teleskoparm 2 befestigt, der gegenüber dem Fahrzeug 3 um 180°, also von dessen linker Seite zu dessen rechter Seite verschwenkt werden kann. Weiterhin kann der Teleskoparm 2 über eine Hubvorrichtung 4 in seinen Winkel bzw. in seiner Höhe verstellt werden.
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Am vom Fahrzeug 3 entfernten Endabschnitt des Teleskoparms 2 ist ein länglicher etwa flächiger Hauptabschnitt 6 über ein Drehschwenkgelenk 8 angekoppelt. Der Hauptabschnitt 6 hat bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Länge und damit eine Arbeitsbreite von 3,2m und wird bei der Reinigung über die (in 1 nicht gezeigten) Solarmodule geführt.
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An der Unterseite des Hauptabschnitts 6 sind mehrere etwa kegelstumpfförmige Bürsten 10 in zwei Reihen angeordnet, die sich entlang der Länge und damit der Arbeitsbreite des Hauptabschnitts 6 erstrecken. Dabei ist eine vordere erste Reihe von Bürsten 10 versetzt gegenüber einer in Fahrtrichtung hinteren zweiten Reihe angeordnet. Die Abstände zwischen den Bürsten 10 etwas kleiner als ihre Durchmesser, um eine lückenlose Reinigung über die gesamte Arbeitsbreite Hauptabschnitts 6 zu erreichen.
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Die Bürsten 10 sind rotierend antreibbar wobei jeder Bürste 10 eine (nicht näher gezeigte) Wasserdüse zugeordnet ist. Dabei ist eine Drehrichtung der Bürsten 10 der ersten Reihe unabhängig von einer Drehrichtung der Bürsten 10 der zweiten Reihe wählbar. Die Drehgeschwindigkeiten sind variabel.
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An zwei Endabschnitten des Hauptabschnitts 6 ist jeweils ein Infrarotsensor 12a, 12b angeordnet. Über eine (nicht gezeigte) Steuerung der Reinigungsvorrichtung 1 kann in Abhängigkeit eines Abstandsignals der Infrarotsensoren 12a, 12b die Hubvorrichtung 4 angesteuert werden.
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2 zeigt das Fahrzeug 3 mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 und mit zu reinigenden Solarmodulen 14 in einer Vorderansicht. Diese Solarmodule 14 sind matrixartig zu einem länglichen Tisch gruppiert, dessen Breite in 2 dargestellt ist, und dessen senkrecht zur Zeichenebenen angeordnete Länge demgegenüber deutlich größer ist. Die Länge des Tisches entspricht einer Fahrstrecke des Fahrzeugs 3. Der Tisch bzw. die Solarmodule 14 sind auf einem Boden 16 aufgebaut und dazu schräg angestellt.
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Wenn das Fahrzeug 3 wahrend der Reinigungsfahrt über Unebenheiten des Bodens 16 fährt, würden sich die Parallelität und / oder der Abstand des Hauptabschnitts 6 zu den Solarmodulen 14 verändern, wobei beide über die beiden in 1 gezeigten Infrarotsensoren 12a, 12b stetig überwacht werden. In Abhängigkeit ihrer Signale werden – wie mit Bezug zu 1 erläutert – die Hubvorrichtung 4 und darüber hinaus eine (nicht näher gezeigte) Einstellvorrichtung für das Drehschwenkgelenk 8 betätigt, so dass stets ein korrekter Parallelabstand des Hauptabschnitts 6 zu den Solarmodulen 14 gewährleistet ist. Dadurch wird eine korrekte Andrückkraft der Bürsten 10 an die Solarmodule 14 sicher gestellt.
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Weiterhin ist an der Vorderseite des Fahrzeugs 3 ein Gelenk 18 dargestellt, über das der Teleskoparm 2 von seiner in 2 gezeigten Seite um 180° auf die in Figur linke Seite des Fahrzeugs verschwenkbar ist. Weiterhin erlaubt das Gelenk 18 die Höhen- bzw. Winkelverstellung des Teleskoparms 2 über die mit dem Teleskoparm 2 drehende Hubvorrichtung 4.
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3 zeigt das Fahrzeug 3 mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 1 in einer seitlichen Ansicht. Dabei ist der Hauptabschnitt 6 in einer Ansicht von schräg unten dargestellt. Es sind die beiden Reihen von zueinander versetzten Bürsten 10 dargestellt. Am Hauptabschnitt 6 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 3 vorne ist eine erste Leitung 20 mit einer Vielzahl von Düsen angeordnet, wobei sich die Leitung 20 über die Länge des Hauptabschnitts 6 (in 3 von oben nach unten) erstreckt. In Fahrtrichtung hinten ist am Hauptabschnitt 6 eine zweite Leitung 22 mit einer Vielzahl von Düsen auf eine prinzipiell vergleichbare Weise angeordnet.
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Während der Reinigungsfahrt des Fahrzeugs 3 wird über die Düsen der ersten Leitung 20 Wasser mit Reinigungsmittel auf die Oberflächen der Solarmodule 14 (vgl. 2) aufgebracht, während über die Düsen der zweiten Leitung 22 entmineralisiertes Wasser zum Spülen der Oberflächen aufgebracht wird. Dazu sind innerhalb eines Aufbaus 24 des Fahrzeugs 3 entsprechende (nicht näher gezeigte) Tanks angeordnet und mit den Leitungen 20, 22 verbunden.
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Ergänzend zum ersten Ausführungsbeispiel kann der Hauptabschnitt 6 über eine Drehfunktion des Drehschwenkgelenks 8 auch in einem Winkel angestellt werden, der nicht 90° zur Fahrtrichtung beträgt. Damit können die beiden Reihen von Bürsten 10 schräg über die Solarmodule 14 geführt werden. Diese Funktion ist z.B. bei der Entfernung von Schnee von Vorteil da die erste Reihe von Bürsten 10 den Schnee herunter schieben kann.
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Denkbar wäre auch, dass sich die Bürsten 10 der jeweiligen Reihe überlappen. Auch könnten sich die Bürsten 10 reihenübergreifend überlappen.
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Offenbart ist eine Reinigungsvorrichtung für die Oberflächen von Solarmodulen. Ein Abstand eines Hauptabschnitts der Reinigungsvorrichtung zur jeweiligen Oberfläche ist über eine Abstandssensorik berührungslos erfassbar. Weiterhin ist der Abstand über eine Stellvorrichtung einstellbar. Dadurch ist eine Regelung des optimalen Abstands zwischen der Reinigungsvorrichtung und der jeweiligen Oberfläche möglich, wobei die Abstandsmessung ohne mechanische Belastung der Solarmodule oder Oberflächenbeschädigung (insbesondere Verkratzen) möglich ist.
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Weiterhin ist ein Fahrzeug mit einer derartigen Reinigungsvorrichtung offenbart.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reinigungsvorrichtung
- 2
- Teleskoparm
- 3
- Fahrzeug
- 4
- Hubvorrichtung
- 6
- Hauptabschnitt
- 8
- Drehschwenkgelenk
- 10
- Bürste
- 12a, 12b
- Infrarotsensor
- 14
- Solarmodule
- 16
- Boden
- 18
- Gelenk
- 20
- erste Leitung
- 22
- zweite Leitung
- 24
- Aufbau
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/072877 A1 [0003, 0004]
- WO 2010/079242 A1 [0003, 0004]
