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Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens einen ersten fahrbaren Reinigungsroboter mit einer Reinigungseinheit zum Reinigen der Solarmodule und eine Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters und/oder eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne und/oder des mindestens einen Reinigungsroboters aufweist, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne lösbar miteinander koppelbar sind.
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Solarmodule, vor allem in Photovoltaik-Freiflächenanlagen, benötigen eine regelmäßige Reinigung, um eine hohe Anlageneffizienz und einen hohen Ertrag der Anlage zu gewährleisten. Im Falle einer Anlage mit Solartischen als Teilflächen ist es beispielsweise bekannt, ein auf Schienen fahrbares Reinigungsgerät direkt am Tischgestellt anzuordnen oder ein Reinigungsfahrzeug mit einem bewegbaren Reinigungsarm am Boden zwischen den Solartischen fahren zu lassen. Ebenso ist es bekannt, einen Roboter händisch von einer Person zum Solartisch zu bringen, um diesen anschließend auf dem Solartisch zur Reinigung fahren zu lassen.
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Die
WO 2015/150529 A1 offenbart eine Reinigungsdrohne basierend auf einer Multicopter-Flugplattform, bei dem die Reinigungseinrichtung fest mit der Drohne verbunden ist. Elektrische Batterien, ein Reinigungslösungstank und ein Abwassertank können in einem lösbaren Frachtpaket angeordnet sein, welches mittels einer elektromagnetischen Befestigungsvorrichtung an der Unterseite der Reinigungsdrohne zum Ergreifen und/oder Lösen des Frachtpaketes befestigbar ist.
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In der
DE 10 2019 115 647 A1 wird eine Drohne zum Transport einer autonomen Reinigungsvorrichtung und zum Absetzen dieser auf einem Rahmen eines Photovoltaikmoduls beschrieben, wobei die technische Ausführung der Kupplung nicht detaillierter offenbart ist.
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In der
WO 2016/004914 A1 wird ein Flugkörper mit einem Reinigungskopf direkt zum Reinigen von Oberflächen eines Solarkraftwerkes eingesetzt, wobei mittels eines Sensorsystems geometrische Eigenschaften eines Objektes erfasst und zur Ausrichtung des Flugkörpers zu dem zu reinigenden Objekt verwendet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Reinigungsvorrichtung zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens einen ersten fahrbaren Reinigungsroboter mit einer Reinigungseinheit zum Reinigen der Solarmodule und eine Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters und/oder eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne und/oder des mindestens einen Reinigungsroboters aufweist, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne lösbar miteinander gekoppelt sind, und der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne mittels einer Magneteinrichtung miteinander koppelbar und entkoppelbar sind, sodass im gekoppelten Zustand der mindestens eine Reinigungsroboter mittels der Flugdrohne transportierbar und auf einer befahrbaren Fläche und/oder auf einem zu reinigenden Solarmodul absetzbar ist.
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Somit wird eine Reinigungsvorrichtung bereitgestellt, bei der sowohl die Flugdrohne als auch der Reinigungsroboter flexibel einsetzbar sind. Es ist besonders voreilhaft, dass die Flugdrohne und der Reinigungsroboter unabhängig und autonom voneinander operieren können, sobald der Reinigungsroboter auf dem zu reinigenden Solarmodul oder auf dem befahrbaren Boden abgesetzt ist. Durch den autonomen Betrieb der Flugdrohne und des fahrbaren Reinigungsroboters als den beiden Hauptkomponenten der Reinigungsvorrichtung wird eine effiziente, kostengünstige und kontinuierliche Reinigung der Solarmodule bereitgestellt, welche nur einen geringen Personaleinsatz für ergänzende Tätigkeiten, wie beispielsweise die Wartung der Reinigungsvorrichtung, jedoch nicht für die Reinigung selbst erfordert. Dadurch wird eine hohe Anlageneffizienz und ein hoher Ertrag der Solar-Anlage durch eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Reinigung der Solarmodule ermöglicht. Dies ist insbesondere an Standorten mit hohen Personalkosten und einer hohen Verschmutzung, beispielsweise durch Sandverwehungen, vorteilhaft. Im Vergleich zu gängigen Reinigungsverfahren kann mit der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung eine Kostenreduktion abhängig von den allgemeinen Kosten in dem jeweiligen Land von bis zu 90 % erreicht werden.
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Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass durch einfache und schnelle Koppel- und Entkoppelbarkeit der Flugdrohne und des Reinigungsroboters mittels der Magneteinrichtung ein flexibler automatisierter und zeiteffizienter Betrieb sowohl der Flugdrohne als auch des Reinigungsroboters frei von der Flugphase unabhängig durchführbar ist. Hierbei dient die Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters zu und von dem jeweils zu reinigenden Solarmodul, zum nächsten zu reinigenden Solarmodul oder zur Ladestation zum Aufladen des Reinigungsroboters. Dadurch, dass der Reinigungsroboter ein Solarmodul/-tisch selbsttätig reinigt, kann die Flugdrohne währenddessen an der Ladestation aufgeladen werden oder einen zweiten Reinigungsroboter transportieren. Zudem ist es vorteilhaft, dass die Flugdrohne sich aufgrund der Magneteinrichtung von oben und/oder von der Seite an den aufzunehmenden Reinigungsroboter annähern kann.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
- Eine „Reinigungsvorrichtung“ ist insbesondere eine Vorrichtung, welche zur Reinigung der Oberflächen von Solarmodulen einer Solar-Anlage dient. Selbstverständlich kann die Reinigungsvorrichtung auch zum Reinigen anderer Oberflächen, wie beispielsweise eines Glasdaches, verwendet werden. Die Reinigungsvorrichtung weist mindestens zwei Komponenten, die Flugdrohne und den fahrbaren Reinigungsroboter, auf. Optional weist die Reinigungsvorrichtung eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne und/oder des Reinigungsroboters auf.
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Ein „Solarmodul“ (auch „Photovoltaikmodul“) wandelt insbesondere Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Dazu weist das Solarmodul insbesondere Solarzellen auf, welche in Reihe oder in paralleler Anordnung geschaltet sind. Die Solarzellen des Solarmoduls können in einem Rahmen montiert und/oder von einer Glasplatte abgedeckt sein. Bevorzugt ist das Solarmodul starr ausgeführt, um eine Befahrbarkeit durch den Reinigungsroboter zu gewährleisten. Die zu reinigende Oberfläche des Solarmoduls kann horizontal und somit parallel zum Boden oder in einem festen oder veränderlichen Neigungswinkel zum Boden ausgerichtet sein.
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Eine „Solar-Anlage“ (auch „Photovoltaik-Freiflächenanlage“ oder „Solarkraftwerk“ genannt) ist insbesondere eine Anlage, in welcher Solarmodule einzeln oder als Gruppe verschaltet sind. Eine Solar-Anlage steht insbesondere als Freiflächenanlage frei in einer Landschaft oder ist an einem Gebäude angebracht. Bevorzugt steht die Solar-Anlage ebenerdig auf einer freien Fläche. Die Solar-Anlage weist insbesondere eine Rahmenkonstruktion auf, durch welche die Solarmodule in einem optimalen Winkel zur Sonne ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der Solarmodule kann aber auch automatisch dem Stand der Sonne nachgeführt werden.
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Ein „Reinigungsroboter“ ist insbesondere ein Serviceroboter, welcher selbsttätig eine Oberfläche reinigt. Hierzu befährt der Reinigungsroboter insbesondere autonom die zu reinigende Oberfläche und führt zeitgleich die Reinigung mittels der Reinigungseinheit durch. Zum Fahren weist der Reinigungsroboter ein Rad oder mehrere Räder oder einen Ketten-/Raupenantrieb auf. Die Räder oder die Ketten/Raupen sind insbesondere getrennt motorisiert und/oder ansteuerbar. Der Reinigungsroboter weist insbesondere einen Akkumulator und/oder einen Sensor oder mehrere Sensoren auf. Des Weiteren kann der Reinigungsroboter auch eine Unterdruckerzeugungseinheit aufweisen, um durch die erzeugte Saugkraft auch auf schräg geneigten Solarmodulen fahren zu können. Der Reinigungsroboter weist insbesondere eine Breite in einem Bereich von 20 cm bis 40 cm und/oder eine Länge in einem Bereich von 25 cm bis 50 cm auf. Der Reinigungsroboter weist mindestens eine Reinigungseinheit auf.
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Bei einer „Reinigungseinheit“ handelt es sich insbesondere um ein Gerät und/oder lösbaren Reinigungsaufsatz zum Reinigen einer Oberfläche eines Solarmoduls. Bei der Reinigungseinheit handelt es sich bevorzugt um ein Trockenreinigungsgerät, wie beispielsweise eine rotierende Bürste. Jedoch kann es sich alternativ oder ergänzend auch um ein Gerät unter Verwendung einer Nassreinigung mittels Wasser und/oder einer Reinigungslösung handeln. Die Reinigungseinheit kann auch einen Ultraschallschwinger aufweisen.
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Eine „Flugdrohne“ ist insbesondere ein unbemanntes Luftfahrzeug, welches autark durch einen Computer oder ferngesteuert vom Boden aus betrieben und navigiert werden kann. Bei einer Flugdrohne kann es sich um einen Multicopter handeln, welcher über mehrere in einer Ebene angeordnete, senkrecht oder annähernd senkrecht nach unten wirkende Rotoren oder Propeller aufweist. Insbesondere weist die Flugdrohne zwei bis acht Rotoren auf. Die Flugdrohne weist insbesondere einen Akkumulator auf, welcher über eine Kopplung mit der Ladestation aufladbar ist. Die Abmessungen und/oder das Gewicht der Flugdrohne ist oder sind insbesondere an die Abmessungen und/oder das Gewicht des Reinigungsroboters angepasst.
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Die „Ladestation“ ist insbesondere eine fest oder variabel installierte Station, welche zum Laden der Flugdrohne und/oder eines Reinigungsroboters dient und selbst über eine elektrische Zuleitung zum Stromnetz versorgt wird. Die Ladestation kann beispielsweise als Garage ausgeführt sein, in welche der Reinigungsroboter selbsttätig fährt, um sich aufzuladen. Die Flugdrohne kann beispielsweise durch Landen auf dem Dach der als Garage ausgebildeten Ladestation, beispielsweise über Herstellung einer elektrischen Steckverbindung oder induktiv, geladen werden. Dazu weist die Ladestation insbesondere eine Einheit zum konduktiven und/oder induktiven Laden von Akkumulatoren auf. Die Ladestation kann auch in einer Zentralstation integriert sein, welche weitere Funktionen, wie zur Einsatzplanung und Kommunikation, aufweist.
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Eine „Magneteinrichtung“ ist insbesondere eine Einrichtung, welche mittels Magnetkraft bewirkt, dass die Flugdrohne und der Reinigungsroboter miteinander koppeln oder entkoppeln. Die magnetische Haltekraft der Magneteinrichtung ist insbesondere derart ausgelegt, dass der Reinigungsroboter auch während des Fluges der Flugdrohne sicher gekoppelt und/oder gehalten ist. Bevorzugt wird mittels der Magneteinrichtung gleichzeitig auch eine mechanische und/oder elektrische lösbare Kopplung bereitgestellt. Dazu kann die Magneteinrichtung insbesondere derart ausgebildet sein, dass bei Annäherung der Flugdrohne an den Reinigungsroboter aufgrund der magnetischen Anziehung gezielt eine elektrische Steckverbindung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter ausgebildet wird. Dazu kann beispielsweise ein Stecker an der Flugdrohne und eine Buchse am Reinigungsroboter oder umgekehrt angeordnet sein. Somit kann beispielsweise ein Akkumulator des Reinigungsroboters über diese elektrische Steckverbindung auch direkt von der Drohne während des Fluges aufgeladen werden, ohne dass der Reinigungsroboter von der Drohne zur Ladestation gebracht werden muss. Bei einer mechanischen Kopplung kann es sich neben der magnetischen Haltekraft um ein zusätzliches mechanisches Kopplungselement und/oder Arretierelement handeln.
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Bei einer „befahrbaren Fläche“ handelt es sich insbesondere um jegliche Art von Fläche, welche von dem Reinigungsroboter befahrbar ist. Bei der befahrbaren Fläche kann es sich um die Oberfläche eines Solarmoduls, eines Glasdaches und/oder den Boden um die Solarmodule herum oder in der Ladestation handeln.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Reinigungsvorrichtung einen zweiten Reinigungsroboter, einen dritten Reinigungsroboter, einen vierten Reinigungsroboter und/oder weitere Reinigungsroboter auf.
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Dadurch kann eine einzige Drohne nacheinander mehrere Reinigungsroboter transportieren und zu ihrem jeweiligen Einsatzort bringen. Dementsprechend können die Solarmodule der Solar-Anlage zeitgleich von mehreren Reinigungsrobotern gereinigt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die mehreren Reinigungsroboter zeitlich gestaffelt von der Flugdrohne zu ihrem jeweiligen Einsatzort transportiert werden und dadurch auch nacheinander zu unterschiedlichen Zeiten an der Ladestation aufgeladen werden können. Bevorzugt lokalisiert die Drohne nach einem automatisierten Verfahren die mehreren Roboter und transportiert, koppelt und entkoppelt diese selbsttätig.
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Neben mehreren Reinigungsrobotern können selbstverständlich auch mehrere Drohnen in der Solar-Anlage eingesetzt werden. Prinzipiell ist die Anzahl der Reinigungsroboter und/oder Drohnen frei und kann abhängig von der Schmutzbelastung, dem Ertrag und der Anlagenabmessung optimiert gewählt werden. Dadurch kann mit einem geringen Material- und/oder Komponenteneinsatz eine effiziente Reinigungsvorrichtung realisiert werden.
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Bei einem „zweiten, dritten, vierten und/oder weiteren Reinigungsroboter“ handelt es sich in der Ausführung und Funktion um einen oben definierten Reinigungsroboter.
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Um eine flugsichere Kopplung bereitzustellen und die Position des Reinigungsroboters und der Flugdrohne und somit deren Ausrichtung beim Koppeln eindeutig festzulegen, weist die Magneteinrichtung einen Magneten oder mehrere Magneten oder ein magnetisches Bauteil auf, wobei die Flugdrohne den Magneten oder die mehreren Magneten und der jeweilige Reinigungsroboter das magnetische Bauteil aufweist oder umgekehrt.
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Um ein Koppeln bereits beim Anfliegen des Reinigungsroboters durch die Flugdrohne mittels der Magneteinrichtung in einfacher Weise einzuleiten, ist bevorzugt eine Komponente der Magneteinrichtung an der Unterseite der Drohne und die entsprechende Gegenkomponente der Magneteinrichtung an der Oberseite des Reinigungsroboters angeordnet. Vor allem durch mehrere Magneten bevorzugt angeordnet an der Flugdrohne erfolgt die Kopplung in definierter Ausrichtung der Flugdrohne zu dem Reinigungsroboter, sodass durch diese exakte Positionierung gleichzeitig auch eine mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen Komponenten der Flugdrohne und des Reinigungsroboters ausgebildet werden können.
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Somit kann durch die Art, Stärke und/oder Anordnung des einen Magneten oder der mehreren Magneten und des magnetischen Bauteils als Gegenteil gezielt eine Haltekraft der Magneteinrichtung eingestellt werden.
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Ein „Magnet“ ist insbesondere ein Körper, welcher ein magnetisches Feld in seiner Umgebung erzeugt. Ein Magnet ist insbesondere ein Dauermagnet (auch Permanentmagnet genannt) oder ein Elektromagnet. Im Falle eines Elektromagneten kann die magnetische Anziehungskraft und/oder Abstoßungskraft auch durch einen Stromfluss durch mindestens eine Spule des Elektromagneten eingestellt werden. Ebenso kann es sich bei dem Magneten um einen schaltbaren Magneten mit Permanentmagneten, beispielsweise aus Neodym-Eisen-Bor, handeln.
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Bei einem „magnetischen Bauteil“ handelt es sich insbesondere um ein magnetisches Material und/oder einen magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Körper. Beispielsweise kann das Gehäuse des Reinigungsroboters aufgrund seines magnetischen Materials selbst das magnetische Bauteil darstellen oder der Reinigungsroboter kann beispielsweise eine Metallplatte als magnetischen Körper aufweisen, welche von dem mindestens einen Magneten der Flugdrohne angezogen wird. Bei dem magnetischen Bauteil kann es sich auch um einen Gegenmagneten zum mindestens einen Magneten handeln, wobei der Gegenmagnet und der mindestens eine Magnet als Permanentmagneten sich mit ihren ungleichnamigen Polen anziehen und für eine gezielte Annäherung und Ausrichtung der Flugdrohne und des Reinigungsroboters gegenüberliegend an und/oder in der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung ist der Magnet oder sind die Magneten ein Permanentmagnet und/oder ein Elektromagnet.
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Somit wirkt im Falle eines Permanentmagneten die magnetische Kraft kontinuierlich oder kann im Falle eines Elektromagneten gezielt ein- und/oder ausgeschaltet werden. Der Elektromagnet ist bevorzugt ausgeschaltet, wenn keine Kopplung zwischen der Flugdrohne und einem Reinigungsroboter vorliegt. Zudem kann das Koppeln und Entkoppeln gezielt durch Schalten des Stromflusses durch den Elektromagneten unterstützt werden.
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Um auch bevorzugt bei einem Permanentmagneten die Magnetkraft gezielt ein- und/oder auszuschalten, weist die Magneteinrichtung eine Inaktivierungseinheit zum Inaktivieren einer Magnetkraft des Magneten oder der Magneten auf.
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Eine „Inaktivierungseinheit“ ist insbesondere ein Bauteil der Magneteinrichtung, welches eine Magnetkraft des Magneten oder der Magneten neutralisiert. Dazu weist die Inaktivierungseinheit beispielsweise eine elektrische Wicklung auf, welche über und/oder um dem Dauermagneten angeordnet ist, um zeitweise die Wirkung des Dauermagneten durch Überlagerung der beiden Magnetfelder zu neutralisieren.
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Die Inaktivierungseinheit bei einem Dauermagneten ist besonders vorteilhaft, da eine elektrische Leistung nur für den Entkopplungsvorgang zwischen Flugdrohne und Reinigungsroboter benötigt wird und folglich gegenüber einem Elektromagneten mit einem ständigen Stromfluss zum Aufrechterhalten der Magnetkraft die vorhandene Akku-Energie besser nutzbar und somit die Effizienz und Reichweite der Flugdrohne und/oder des Reinigungsroboters steigerbar ist. Zudem können bei der Verwendung von mehreren Magneten in der Magneteinrichtung gezielt einzelne Magneten neutralisiert werden. Durch die Deaktivierung des jeweiligen Magneten an einer vorgegebenen Position wird der Entkopplungsvorgang vereinfacht und zudem kann der Entkopplungsvorgang stufenweise mit einer zeitlich abnehmenden Magnetkraft erfolgen, sodass die Propeller der Flugdrohne in Betrieb sein können und bereits einen Auftrieb erzeugen. Dadurch, dass die nachlassende Magnetkraft durch ein nacheinander erfolgendes Ausschalten der mehreren Magneten der Auftriebskraft entgegenwirkt, wird bei einem schon bestehenden Propellerbetrieb die Drohne nicht schlagartig von dem Reinigungsroboter entkoppelt, sondern kann sich langsam von diesem lösen und in die Luft aufsteigen. Dadurch wird die Sicherheit der Flugdrohne erhöht und ein Taumeln der Flugdrohne und/oder ein Unfall beim Aufsteigen verhindert.
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In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung weist die Magneteinrichtung einen Drucksensor zum Erkennen einer Annäherung zwischen der Flugdrohne und dem jeweiligen Reinigungsroboter auf.
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Durch einen Magnetsensor, welcher bevorzugt in der Magnetfläche der Flugdrohne und/oder des Reinigungsroboters angeordnet ist, wird die gegenseitige Anziehung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter erkannt.
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Ein „Drucksensor“ ist insbesondere ein Sensor, welcher den Druck durch Kraftwirkung auf einen Magnetquerschnitt misst.
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Um den Annäherungsprozess zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter zum Koppeln zu unterstützen und eine redundante Kopplung bereitzustellen, weist die Magneteinrichtung eine Führungsaufnahme und ein Aufnahmeelement auf, wobei das Aufnahmeelement in und/oder an der Führungsaufnahme mechanisch verbindbar ist und die Flugdrohne die Führungsaufnahme und der jeweilige Reinigungsroboter das Aufnahmeelement aufweist oder umgekehrt.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Führungsaufnahme gleichzeitig als Fangvorrichtung für das Aufnahmeelement während des Koppelns dient. Dazu kann die Führungsaufnahme beispielsweise eine sich konisch nach oben verengende Trichterform aufweisen, in welche das Aufnahmeelement aufgenommen und zu einem verengten Abschnitt des Trichters geführt werden kann, wo das Aufnahmeelement beispielsweise mechanisch festgestellt wird. Genauso unterstützt die Form der Führungsaufnahme in entgegengesetzter Richtung beim Entkoppeln ein Lösen des Aufnahmeelementes von und/oder aus der Führungsaufnahme.
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Prinzipiell ist herauszustellen, dass die miteinander verbindbare Führungsaufnahme und das Aufnahmeelement neben einer ergänzenden Anordnung auch alternativ zur Magneteinrichtung nur zur Ausbildung einer mechanischen Verbindung eingesetzt werden können. Bei der Ausbildung der mechanischen Verbindung kann dann die Arretierung und somit die Verriegelung des Aufnahmeelementes in der Führungsaufnahme mittels einer Magneteinrichtung erfolgen.
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Die „Führungsaufnahme“ ist insbesondere ein Bauteil, in und/oder an dem ein Aufnahmeelement mechanisch verbindbar ist. Die Führungsaufnahme ist insbesondere so geformt, dass bei Annäherung der Flugdrohne an den Reinigungsroboter beispielsweise das am Reinigungsroboter angeordnete Aufnahmeelement gezielt und gerichtet in der Führungsaufnahme der Flugdrohne aufgenommen wird und mechanisch feststellbar ist. Dazu kann die Führungsaufnahme innerhalb der Flugdrohne und/oder außerhalb der Flugdrohne angeordnet sein. Die Führungsaufnahme kann beispielsweise auch an der Unterseite der Flugdrohne befestigt sein. Die Führungsaufnahme hat insbesondere eine Form, welche das Aufnahmeelement innerhalb der Führungsaufnahme gezielt ausrichtet und beim Koppeln und Entkoppeln führt. Die Führungsaufnahme hat beispielsweise eine konische und/oder trichterförmige Form, welche zur Außenseite und/oder Unterseite eine größere Querschnittsfläche aufweist als an der konischen Spitze. Dadurch wird das in die konische Führungsaufnahme aufgenommene Aufnahmeelement sukzessive durch die konische Form zur Spitze der Führungsaufnahme geleitet.
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Bei dem „Aufnahmeelement“ kann es sich insbesondere um jegliches mechanische Verbindungselement handeln. Ein Aufnahmeelement kann beispielsweise als Schnapphaken, S-Haken, anders geformter Haken, Bügel und/oder Ring ausgestaltet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform der Reinigungsvorrichtung ist das mechanisch in und/oder an der Führungsaufnahme verbundene Aufnahmeelement mittels der Magneteinrichtung feststellbar und lösbar.
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Somit wird eine magnetische Arretiervorrichtung für das aufgenommene Aufnahmeelement bereitgestellt. Folglich kann alternativ oder ergänzend neben dem Halten durch die Magnetkraft auch ein mechanisches Halten des gekoppelten Reinigungsroboters an der Flugdrohne realisiert werden. Dadurch wird eine sichere mechanische Verbindung zwischen Flugdrohne und Reinigungsroboter ermöglicht, welche mittels der Magneteinrichtung arretierbar und lösbar ist.
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Zur Kommunikation und/oder Positionierung zwischen der Drohne, den Drohnen, dem Reinigungsroboter oder den Reinigungsrobotern weist die Reinigungsvorrichtung eine Zentralstation zum Kommunikations- und/oder Datenaustausch und/oder zur Einsatzplanung der Flugdrohne und des jeweiligen Reinigungsroboters auf oder der Reinigungsvorrichtung ist die Zentralstation zugeordnet.
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Auch wenn für das eigentliche Koppeln und Entkoppeln eine direkte Kommunikation zwischen der Flugdrohne und dem jeweiligen Reinigungsroboter vorteilhaft ist, kann diese auch indirekt über die Zentralstation erfolgen. Somit kann die Drohne beispielsweise an die Zentralstation ihre Ist-Position, ihren Ladezustand des Akkumulators und ihre Flugbereitschaft kommunizieren, während die Zentralstation an die Drohne die Zielposition und die jeweilige Transportaufgabe, wie Anlieferung eines Reinigungsroboters auf ein zu reinigendes Solarmodul oder Abholung des Reinigungsroboters, überträgt. Genauso kann der jeweilige Reinigungsroboter seine Ist-Position, seinen Ladezustand und seine Reinigungsbereitschaft an die Zentralstation übertragen, während die Zentralstation an den jeweiligen Reinigungsroboter seine anzufahrende Zielposition, einen Soll-Streckenverlauf oder Soll-Teilstreckenverlauf sowie die zu erledigende Aufgabe, wie Reinigen oder Zurückfahren in die Ladestation, überträgt. Bei einer direkten Kommunikation zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter erfolgt bevorzugt ein Positionsaustausch mittels Sensoren und direkter Kommunikationseinrichtung für das Koppeln oder Entkoppeln.
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Bei der „Zentralstation“ handelt es sich insbesondere um eine Station, welche innerhalb der Solar-Anlage oder außerhalb der Solar-Anlage angeordnet ist. Die Zentralstation kann insbesondere auch die Ladestation aufweisen. Die Zentralstation ist insbesondere fest positioniert oder transportabel, im letzteren Fall wird diese bevorzugt jedoch zeitweise fest positioniert. Dadurch stellt die Zentralstation auch einen Referenzpunkt für ein Positionserkennungssystem dar. Die Zentralstation weist insbesondere eine Datenverarbeitungseinrichtung und/oder Datenspeichereinrichtung auf. Die Zentralstation dient insbesondere der Kommunikation innerhalb der Solar-Anlage und kann auch mit der Außenwelt kommunizieren, um beispielsweise einen Service-Bedarf an den Betreiber der Solar-Anlage zu melden oder ferngesteuert zu werden.
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Auf der Datenverarbeitungseinrichtung der Zentralstation arbeitet insbesondere ein Dispatcher-Algorithmus, welcher den Einsatz der Roboter und Drohnen, basierend auf den übermittelten Daten und der Anlagensituation steuert, regelt und/oder verwaltet. Dieser Algorithmus berücksichtigt bei der Entscheidungsfindung zusätzlich externe Informationen, um das Verhalten und die Lebensdauer der Reinigungsvorrichtung zu optimieren. Dabei handelt es sich beispielsweise um Informationen zur Windgeschwindigkeit aus zusätzlichen externen Sensoren, um Schäden an der Reinigungsvorrichtung zu vermeiden und den Reinigungsroboter und die Flugdrohne beispielsweise bei Sturm zurück zur Ladestation zu schicken. Ebenso können Sonneneinstrahlungs- und Leistungsdaten der verschiedenen Stränge oder Teilflächen der Solar-Anlage berücksichtigt werden, um beispielsweise eine Priorität bei der Reinigung zu errechnen und in der Einsatzplanung umzusetzen. Zudem können Niederschlagsinformationen im Algorithmus berücksichtigt werden, um gezielt einen zusätzlichen Reinigungseffekt durch Regen bei der Reinigung durch den Reinigungsroboter auszunutzen. Der Algorithmus passt sich insbesondere kontinuierlich den Gegebenheiten an und generiert adaptiv ein Optimum.
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In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung weist die Flugdrohne eine Kamera, eine Positionserkennungseinrichtung, eine Regelungseinrichtung zur Flugwegoptimierung und/oder eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit dem Reinigungsroboter und/oder der Zentralstation auf.
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Die Positionserkennung kann beispielsweise mittels DGPS (Differential Global Positioning System), DGNSS (Differential Global Navigation Satellite System), oder bevorzugt mittels RTK (Real Time Kinematic) erfolgen. Unter Berücksichtigung der Positionsdaten kann mittels der Regeleinrichtung eine Flugwegoptimierung durch intelligente Regelalgorithmen unter Berücksichtigung der Bedingungen der Flugdrohne, wie Ladezustand, und der Solar-Anlage, wie Reinigungsflächen und Verschmutzung, sowie Umgebungsbedingungen, wie dem Wetter, durchgeführt werden. Dadurch wird eine Optimierung des Reinigungsablaufs bewirkt, in dem die Flugzeiten der Flugdrohne oder der Flugdrohnen verkürzt wird oder werden.
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Unter einer „Regeleinrichtung“ wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, welche einen Zustandswert rückkoppelt und jeweils einen Stellwert einstellt. Somit kann mittels der Regeleinrichtung der Flugweg optimiert und/oder geregelt werden.
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Bei einer „Kommunikationseinheit“ handelt es sich insbesondere um ein Funkmodul als Empfänger und/oder Sender. Die Kommunikationseinheit empfängt und/oder sendet insbesondere Signale mittels modulierter elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich, mittels Bluetooth, Wireless LAN oder RFID. Beispielsweise kann ein ISM-Band mit einer Frequenz von 433 MHz, 868 MHz oder 2,4 GHz zur Kommunikation genutzt werden. Auch kann eine Mobilfunk-Kommunikation mittels GPRS, UMTS oder LTE verwendet werden.
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Um ein optimales Reinigen der Solarmodule zu erzielen, weist der jeweilige Reinigungsroboter eine Andrückeinheit zum Andrücken der Reinigungseinheit an eine Oberfläche des zu reinigenden Solarmoduls auf.
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Somit liegt die Reinigungseinheit auch bei einer unebenen Oberfläche und/oder bei einem starken Gefälle der zu reinigenden Oberfläche optimal an dieser Oberfläche an.
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In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung weist der Reinigungsroboter eine Regelungseinrichtung zur Laufzeitoptimierung, einen Näherungssensor zum Erkennen einer Abmessung des zu reinigenden Solarmoduls und/oder eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit der Flugdrohne und/oder der Zentralstation auf.
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Somit wird eine kostenoptimierte Wege- und Zeitberechnung für den Reinigungsroboter ermöglicht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Reinigung mittels der Reinigungsvorrichtung einerseits effizient umgesetzt wird und somit mit geringem Zeit- und Materialeinsatz erfolgt und andererseits gründlich genug durchgeführt wird. Bei der Laufzeitberechnung ist zu beachten, dass eine zu reinigende Fläche keine durchgehende Fläche mit gleichem Winkel und gleicher Höhe ist, da eine Solar-Anlage in der Regel dem Verlauf der Landschaft folgt. Dadurch folgt ein Fahrweg des jeweiligen Reinigungsroboters auf einer zu reinigenden Fläche nicht kontinuierlich einem Raumvektor, sondern es wird nur stückweise entsprechend der Modulbreite dem Raumvektor gefolgt. Bevorzugt sollte eine Reinigung von oben nach unten durchgeführt werden, um die Verschmutzung bereits gereinigter Flächen zu vermeiden. Zur Wegevorgabe der Regelungseinrichtung des jeweiligen Reinigungsroboters können mehrere Verfahren genutzt werden. Als erstes kann eine chaotische Vorgabe eines Fahrwinkels erfolgen, bei welcher der Reinigungsroboter während der kontinuierlichen Reinigung bis zum Ende der zu reinigenden Fläche fährt. Das Ende der zu reinigenden Fläche kann beispielsweise mittels eines Näherungssensors basierend auf IR oder Ultraschall erkannt werden. Bei Erreichen des Flächenendes wird per Zufall oder Heuristik ein neuer Startwinkel bestimmt. Daraufhin fährt der Reinigungsroboter erneut zu einem anderen Ende der zu reinigenden Fläche, woraufhin ein neuer Vorgabewinkel festgelegt wird und erneut die dadurch vorgegebene Fahrtstrecke abgefahren wird. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist die einfache Regelung, da jeweils die Fahrtrichtung gemäß dem festgelegten Winkel gewählt und befolgt wird. Nachteilig hierbei ist, dass manche Teilflächen gegebenenfalls nicht gereinigt werden, während andere Teilflächen mehrfach gereinigt werden und es kein definiertes Ende des Reinigungsvorganges gibt.
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Bei dem zweiten, bevorzugten Verfahren erfolgt eine Vorgabe mit Berücksichtigung der Kenntnis des Flächenverlaufs und der Vorberechnung eines Soll-Weges mittels der Regeleinrichtung durch Berechnung von Teil-Streckenpunkten, welche durch die Zentralstation und/oder die Regeleinrichtung des Reinigungsroboters berechnet werden können. Die Flächenpunkte werden gespeichert und dienen als Soll-Zielpunkte, welche weiterhin durch eine adaptive Befahrung und Verarbeitung des Fahrwegs durch den Reinigungsroboter angepasst werden können. Hierzu können beispielsweise Lücken, Löcher oder Hindernisse der zu reinigenden Fläche eingespeichert und umfahren werden. Somit ist die Berechnung eines Soll-Fahrweges durch die Berechnung von Teil-Streckenpunkten möglich, welche nacheinander vom Reinigungsroboter angefahren werden. Diese Streckenpunkte sind in ihrer Reihenfolge so berechnet, dass die Bahnen der Reinigung in Bahnen auf den Flächen mäanderförmig von oben nach unten erfolgen. Alternativ können die Bahnen auch von einer zur anderen Seite, beispielsweise von rechts nach links oder umgekehrt, erfolgen. Bei diesem zweiten Verfahren ist vorteilhaft, dass stets der kürzeste Weg und die kürzeste Zeit verwendet wird, um die Fläche bestmöglich zu reinigen. Des Weiteren gibt es einen klaren Endpunkt, an dem die Reinigung durch den jeweiligen Reinigungsroboter abgeschlossen ist. Jedoch bedarf dieses zweite Verfahren einen erhöhten Rechenaufwand.
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Bei der Regeleinrichtung und der Kommunikationseinheit des jeweiligen Reinigungsroboters handelt es sich in der Ausführung und Funktion jeweils um eine oben definierte Regeleinrichtung und Kommunikationseinheit, wobei der Reinigungsroboter jedoch die Regeleinrichtung und/oder die Kommunikationseinheit aufweist.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage mittels eines fahrbaren Reinigungsroboters zum Reinigen der Solarmodule und einer Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne mittels einer Magneteinrichtung miteinander koppelbar und entkoppelbar sind, mit folgenden Schritten:
- - Anfliegen der Flugdrohne an den Reinigungsroboter,
- - Aktivieren der Magneteinrichtung und/oder Wirken einer Magnetkraft der Magneteinrichtung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter,
- - Koppeln der Flugdrohne und des Reinigungsroboters mittels der Magneteinrichtung,
- - Fliegen der Flugdrohne mit dem gekoppelten Reinigungsroboter zu einem zu reinigenden Solarmodul,
- - Absetzen des Reinigungsroboters auf dem zu reinigenden Solarmodul und Entkoppeln der Flugdrohne und des Reinigungsroboters mittels der Magneteinrichtung,
- - Reinigen des zu reinigenden Solarmoduls mittels des Reinigungsroboters, und/oder
- - nach erfolgtem Reinigen, Anfliegen, Koppeln und Transportieren des Reinigungsroboters durch die Flugdrohne.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird vor dem Reinigen ein Referenzflug mittels der Flugdrohne mit einer Kamera zur Aufnahme von Bildern der Solar-Anlage und/oder zum Bestimmen von zu reinigenden Flächen mittels Koordinatenpunkten durchgeführt.
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Um die Reinigungsvorrichtung zeit- und materialsparend und effizient einzusetzen, wird vor dem Reinigen eine Wege- und/oder Zeitberechnung für einen Flug der Flugdrohne und/oder eine Fahrtstrecke des Reinigungsroboters durchgeführt.
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Bei dem Referenzflug erstellt eine an der Flugdrohne befestigte Kamera eine sehr hohe Anzahl von digitalen Fotografien, welche mittels eines Algorithmus in einen dreidimensionalen Raum, beispielsweise einer Punktwolke, oder in Flächen umgerechnet werden. Diese Flächen werden durch Koordinaten beschrieben, welche als relative oder absolute Koordinaten der Anlagenpunkte den zu reinigenden Körper oder die zu reinigenden Flächen beschreiben.
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Alle während des Fluges aufgenommenen Fotografien werden in der Kamera oder in einem beispielsweise per Funk verbundenen Zentralrechner der Zentralstation mit zugehörigen Positionen und Winkeln abgespeichert. Die Positionen und Winkel der Kamera sind dabei von der Anzahl so zahlreich, dass die zu reinigende Solar-Anlage aus sehr vielen Winkeln mit einer Abdeckung von 360° in Winkelstufen und aus verschiedenen Höhen, von relativer Bodennähe bis zur Vogelperspektive, in Höhenstufen fotografiert wird. Die Winkelverstellung oben/unten sowie rechts/links der Kamera kann durch eigene Kamerapositionierungsantriebe oder durch die Regeleinrichtung der Flugdrohne erfolgen.
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Eine grobe Positionierung der Kamera kann bei den Aufnahmen der Fotografien durch globale Satellitenpositionierung, wie zum Beispiel GPS, erfolgen. Eine exakte Positionierung wird dadurch erreicht, dass mindestens ein zusätzlicher Referenzpunkt installiert wird, welcher zum Beispiel per RTK eine zentimetergenaue Raum-Positionierung erlaubt.
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Zur Verarbeitung der Fotografien werden diese nach Verfahren der Bildbearbeitung so umgerechnet, dass sich ein dreidimensionaler Raum als Punktwolke ergibt. Je nach Anzahl und Auflösung der Fotografien ergibt sich eine Raumauflösung der Punkte im Zentimeterbereich. Aus den Punktwolken werden Flächen generiert mittels folgender möglicher Verfahren. Mittels eines Algorithmus können zusammenhängende Flächen erkannt und als solche markiert werden. Alternativ kann eine händische Verarbeitung die Punktwolken als Flächen zusammenführen. Die derart generierten Flächen werden bewertet nach dem Kriterium „zu reinigen“ oder „nicht zu reinigen“, wobei wiederum mittels einer Algorithmus die Flächen ausgewertet und/oder ihr Reinigungserfordernis festgelegt wird, wobei nur Flächen, die im Wesentlichen nach oben ausgerichtet sind, und somit keine nach unten gerichteten Rückseiten, und/oder nur Flächen, die bestimmte Farben haben, markiert werden. Alternativ können mittels einer händischen Verarbeitung die zu reinigenden Flächen markiert werden. Die derart festgelegten zu reinigenden Flächen einer Solar-Anlage und deren exakte Positionen stehen in Raumkoordinaten anschließend zur Einsatzplanung zur Verfügung. Die Positionen des Raums der zu reinigenden Solar-Anlage und der zugehörigen Punkte und Flächen dienen als Koordinatenpunkte, welche für die Reinigung Verwendung finden. Die Koordinaten beziehen sich auf Referenzwerte, wobei es sich um fixe Referenzpunkte an der zu reinigenden Anlage, zum Beispiel der Zentralstation, oder globale Koordinaten handeln kann. Nachdem die zu reinigende Fläche definiert wurden, können Start- und Endwerte des Reinigungsvorgangs definiert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine stark schematische Schnittdarstellung einer Reinigungsvorrichtung mit einer Drohne und einem mittels einer Magneteinrichtung gekoppelten Reinigungsroboter,
- 2 eine stark schematische Schnittdarstellung der Magneteinrichtung mit einem Elektromagneten,
- 3 eine stark schematische Schnittdarstellung einer Alternative der Magneteinrichtung mit einem Dauermagneten und einer Wicklung,
- 4 eine stark schematische Darstellung einer Alternative der Reinigungsvorrichtung mit einer Drohne und einem Reinigungsroboter mit einer Magneteinrichtung zur Arretierung, und
- 5 eine schematische Darstellung eines Flächenplans eines Solarkraftwerkes.
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Eine Reinigungsvorrichtung 101 weist eine Drohne 103 und einen Reinigungsroboter 105 auf, wobei die Drohne 103 und der Reinigungsroboter 105 unabhängig voneinander betreibbar sind. Die Drohne 103 weist ein Gehäuse 107 und einen Ausleger 113 auf. Die Drohne 103 ist als Quadrocopter mit vier Rotoren 117 ausgebildet (in 1 sind nur die beiden vorderen Rotoren 117 sichtbar). Die Rotoren 117 sind jeweils über einen elektrischen Motor 115 mit dem Ausleger 113 verbunden. Der Ausleger 113 und das Gehäuse 107 werden von einem Rahmen 109 gehalten. Im Gehäuse 107 ist ein Flugcontroller 123 angeordnet. Der Rahmen 109 weist einen Akku 121 und einen Beschleunigungssensor 119 auf. Unterhalb des Rahmens 109 sind beidseitig Landekufen 111 angeordnet. Zwischen den Landekufen 111 ist mittels einer Magneteinrichtung 141 der Reinigungsroboter 105 mit seiner Oberseite an der Unterseite der Drohne 103 gekoppelt (siehe gekoppelter Zustand in 1). Mittels der Magneteinrichtung 141 sind die Drohne 103 und der Reinigungsroboter 105 miteinander koppelbar und entkoppelbar.
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Der autonom fahrbare Reinigungsroboter 105 weist beidseitige Räder 131 und dazwischen eine angeordnete rotierbare Bürste 133 zum Reinigen einer Oberfläche eines Solarmoduls auf. Des Weiteren weist der Reinigungsroboter 105 einen Näherungssensor 135 auf. Vor dem Reinigungsroboter 105 ist außen am Rahmen 109 der Drohne 103 eine schwenkbare Kamera 125 angeordnet.
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Der Reinigungsroboter 105 weist einen Körper 153 aus ferromagnetischem Material innenliegend an seiner Oberseite auf (siehe 2). Die Drohne 103 weist einen Elektromagneten 143 mit einer Wicklung 145 auf. Der ferromagnetische Körper 153 und der Elektromagnet 143 mit der Wicklung 145 bilden die Magneteinrichtung 141 aus. Unterhalb des Elektromagneten 143 der Drohne 103 ist ein Drucksensor 151 angeordnet. Der Elektromagnet 143 ist mittels einer Spannung 149 bei einem fließenden Strom 147 anschaltbar. Im entkoppelten Zustand ist der Elektromagnet 143 ausgeschaltet.
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Mit der Reinigungsvorrichtung 101 werden folgende Arbeitsvorgänge in einem Solarkraftwerk 201 durchgeführt:
- Die Drohne 103 fliegt von oben an den auf dem Boden stehenden Reinigungsroboter 105 heran, wobei ein Sicherheitsabstand eingehalten wird. Durch Anlegen der Spannung 149 wird ein Fluss des Stromes 147 initiiert und somit der Elektromagnet 143 aufgrund der stromdurchflossenen Wicklung 145 aktiviert. Die Drohne 103 nähert sich daraufhin langsam weiter dem Reinigungsroboter 105 von oben an, bis eine Anziehungskraft 155 zwischen dem ferromagnetischen Körper 153 und dem Elektromagneten 143 ausreicht, um die Drohne 103 mit dem Reinigungsroboter 105 zu koppeln. Hierbei misst der Drucksensor die Kraftwirkung auf den Magnetquerschnitt des Elektromagneten 143.
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Nach erfolgter Kopplung steigt die Drohne 103 mit dem gekoppelten Reinigungsroboter 105 auf und fliegt den Reinigungsroboter 105 zu einem nicht gezeigten zu reinigenden Solarmodul.
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Die Drohne 103 mit dem gekoppelten Reinigungsroboter 105 nähert sich einer exakten Zielposition auf dem zu reinigenden Solarmodul. Durch Unterbrechung des Stromflusses 147 durch die Wicklung 145 des Elektromagneten 143 wird die Magneteinrichtung 141 ausgeschaltet und, sobald der Reinigungsroboter mit der zu reinigenden Oberfläche des Solarmoduls Kontakt hat, wird die Drohne 103 mittels der Magneteinrichtung 141 vollständig vom Reinigungsroboter 105 entkoppelt. Der Kontakt des Reinigungsroboters 105 mit der zu reinigenden Fläche wird hierbei mittels des Flugcontrollers 123 aufgrund der sich nicht mehr ändernden Position der Drohne 103 sowie durch einen höheren Druck des Drucksensors 151 registriert. Nach Absetzen des Reinigungsroboters 105 fährt dieser autonom, mäanderförmig die zu reinigende Fläche des Solarmodules ab, welche gleichzeitig durch die rotierende Bürste 133 gereinigt wird. Hierbei erkennt der Reinigungsroboter 105 mittels des Näherungssensors 135 den jeweiligen Rand des Solarmoduls und ändert selbsttätig seine Bewegungsrichtung zur weiteren Reinigung. Währenddessen fliegt die Drohne 103 zu einem anderen Einsatz.
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In einer Alternative der Magneteinrichtung 141 weist die Drohne 103 anstelle des Elektromagneten 143 einen Dauermagneten 163 auf, welcher von einer Wicklung 145 umgeben ist (siehe 3). Ansonsten ist die Magneteinrichtung 141, wie oben zur 2 beschrieben, ausgeführt. Der Dauermagnet 163 weist einen Nordpol 165 und einen Südpol 167 auf. Aufgrund des Einsatzes des Dauermagneten 163 liegt eine beständige Anziehungskraft 155 vor, welche zum Koppeln wie oben beschrieben verwendet wird.
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Für das Entkoppeln der Drohne 103 von dem Reinigungsroboter 105 wird nun jedoch eine Spannung 149 an die Wicklung 145 um den Dauermagneten 163 angelegt, wobei ein Strom 147 durch die Wicklung 145 fließt und dadurch ein Magnetfeld induziert, welches das Magnetfeld des Dauermagneten 163 überlagert. Dadurch wird das Magnetfeld des Dauermagneten während des Fließens des Stroms 147 neutralisiert und somit die Anziehungskraft 155 aufgehoben. Somit wird der ferromagnetische Körper 153 des Reinigungsroboters 105 nicht mehr angezogen, die Magneteinrichtung 141 gelöst und dadurch die Drohne 103 vom Reinigungsroboter 105 entkoppelt.
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In einer Alternative der Reinigungsvorrichtung 101 weist ein Reinigungsroboter 105 einen Schnapphakenträger 172 auf, welcher über ein Gelenk 173 mit einem Schnapphaken 171 verbunden ist. Eine Drohne 103 weist einen Aufnahmetrichter 175, einen Drucksensor 151 an einem oberen Ende des Aufnahmetrichters 175 und eine Arretierstange 177 auf. Die Arretierstange 177 ist mit einer Wicklung 145 umwickelt, welche bei Anlegen einer Spannung 149 bestrombar ist. Die Arretierstange 177 und die Wicklung 145 bilden eine Magneteinrichtung 141 aus. Der Aufnahmetrichter 175 ist an seiner Unterseite mit einem größeren Querschnitt ausgebildet und läuft konisch bis zur Arretierstange 177 nach oben zu. Anschließend weist der Aufnahmetrichter 175 oberhalb der Arretierstange 177 eine gegenläufige sich öffnende Form auf, um beim Entkoppeln nicht einen Widerstand für den Schnapphaken 171 darzustellen.
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Der Schnapphaken 171 ist mittels des Gelenkes 173 in einer Schwenkbewegung 181 beweglich ausgebildet, um eine Beschädigung einer Innenseite des Aufnahmetrichters 175 und ein gezieltes Einführen des Schwenkhakens 171 in das Innere des Aufnahmetrichters 175 beim Koppeln der Drohne 103 und des Reinigungsroboters 105 zu gewährleisten. Alternativ kann auf das Gelenk 173 verzichtet werden und der Schnapphaken 171 aus einem elastischen Material ausgebildet sein, um eine Verformung beim Koppeln zu ermöglichen.
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Zum Koppeln fliegt die Drohne 103 auf eine vorgegebene Position oberhalb des Reinigungsroboters 105, wobei die ferromagnetische Arretierstange 177 in einem geöffneten Zustand ist und sich zuvor mittels einer Arretierbewegung 179 nach rechts außerhalb des Inneren des Aufnahmetrichters 175 bewegt hat (4). Die Drohne 103 sinkt langsam weiter in Richtung auf den Reinigungsroboter 105 ab, wodurch der Schnapphaken 171 langsam in den Aufnahmetrichter 175 aufgenommen wird. Hierbei ist der Schnapphaken 171 mittels des Gelenkes 173 in der Schwenkbewegung 181 beweglich, sodass dieser aufgrund der zulaufenden konischen Form des Aufnahmetrichters 175 zentral durch die Mitte des Aufnahmetrichters 175 nach oben geführt wird, ohne den Aufnahmetrichter 175 zu beschädigen.
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Mittels des Drucksensors 151, welcher als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist, wird aufgrund einer Druckänderung registriert, dass der Schnapphaken 171 weit genug in den Aufnahmetrichter 175 eingeführt ist. Daraufhin wird mittels Anlegen einer Spannung 149 die Wicklung 145 bestromt und die Arretierstange 177 führt eine Arretierungsbewegung 179 nach links aus, wodurch der Schnapphaken 171 innerhalb des Aufnahmetrichters 175 durch die Arretierstange 177 arretiert und eine sichere mechanische Verbindung zwischen der Drohne 103 und dem Reinigungsroboter 105 ausgebildet wird (siehe gekoppelter Zustand in 4).
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Für das Entkoppeln der Drohne 103 von dem Reinigungsroboter 105 wird entsprechend die Arretierstange 177 wieder geöffnet und die Drohne 103 kann auffliegen, wobei der Schnapphaken 171 durch Aufsteigen der Drohne 103 wieder aus dem Aufnahmetrichter 175 herausgeführt wird.
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Das Solarkraftwerk 201 weist eine mittig angeordnete Zentralstation 203 mit einer Ladestation auf. Mittels eines Referenzfluges der Drohne 103 ist ein in 5 gezeigter Flächenplan des Solarkraftwerkes 201 aus Fotografien aufgenommen mit der Kamera 125 erstellt worden. Hierbei ist die Breite 217 und die Länge 219 des Solarkraftwerkes, die Anzahl 213 der Arrayspalten (Tische mit Solarmodulen) und der Abstand 215 zwischen den Arrayspalten, die Anzahl 209 der Arrayreihen und der Abstand 211 zwischen den Arrayreihen sowie die Länge 205 jedes Arrays und die Breite 207 jedes Arrays erfasst und die zugehörigen Koordinaten ermittelt worden. Mittels eines Dispatcher-Algorithmus der Zentralstation 203 werden diese Daten verwendet, um eine kostenoptimierte Wege- und Zeitberechnung für den Einsatz der Drohne 103 und für den Reinigungsroboter 105 durchzuführen. Der Dispatcher-Algorithmus berücksichtigt neben dem in 5 gezeigten Flächenplan und seinen ermittelten Daten auch weitere Daten, wie den Akkuladestand der Drohne 103 und des Reinigungsroboters 105, die Dauer eines notwendigen Ladevorganges des Drohne 103 und des Reinigungsroboters 105, den Energieverbrauch der Drohne 103 für die notwendigen Flüge und des Reinigungsroboters 105 für die Bewegung auf den Arrays während der Reinigung, um eine Lösung mit der geringsten Gesamtzeit zu generieren. Hierbei wird der Dispatcher-Algorithmus kontinuierlich den jeweiligen Gegebenheiten angepasst und adaptiv ein Optimum generiert.
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Somit wird eine Reinigungsvorrichtung 101 bereitgestellt, bei der eine Drohne 103 und ein Reinigungsroboter 105 nach dem Transport des Reinigungsroboters 105 zu dem zu reinigenden Solarmodul mittels der Drohne 103 unabhängig voneinander autonom zeitgleich betreibbar und/oder ladbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Reinigungsvorrichtung
- 103
- Drohne
- 105
- Reinigungsroboter
- 107
- Gehäuse
- 109
- Rahmen
- 111
- Landekufen
- 113
- Ausleger
- 115
- Motor
- 117
- Rotor
- 119
- Beschleunigungssensor
- 121
- Akku
- 123
- Flugcontroller
- 125
- Kamera
- 131
- Rad
- 133
- Bürste
- 135
- Näherungssensor
- 141
- Magneteinrichtung
- 143
- Elektromagnet
- 145
- Wicklung
- 147
- Strom
- 149
- Spannung
- 151
- Drucksensor
- 153
- ferromagnetischer Körper
- 155
- Anziehungskraft
- 163
- Dauermagnet
- 165
- Nordpol
- 167
- Südpol
- 171
- Schnapphaken
- 172
- Schnapphakenträger
- 173
- Gelenk
- 175
- Aufnahmetrichter
- 177
- Arretierstange
- 179
- Arretierbewegung
- 181
- Schwenkbewegung
- 201
- Solarkraftwerk
- 203
- Zentralstation
- 205
- Länge eines Arrays
- 207
- Breite eines Arrays
- 209
- Anzahl der Arrayreihen
- 211
- Abstand zwischen den Arrayreihen
- 213
- Anzahl der Arrayspalten
- 215
- Abstand zwischen den Arrayspalten
- 217
- Breites des Solarkraftwerkes
- 219
- Länge des Solarkraftwerkes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/150529 A1 [0003]
- DE 102019115647 A1 [0004]
- WO 2016/004914 A1 [0005]
