DE10317479B4

DE10317479B4 - Abreinigungsanlage für Photovoltaik-Generatoren und Sonnenkollektoren

Info

Publication number: DE10317479B4
Application number: DE10317479A
Authority: DE
Inventors: Rainer Rudischer; Frank Prastka
Original assignee: K-METALL GmbH; Metall K GmbH; Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: K-METALL GmbH; Metall K GmbH; Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: WO2004091816A1; DE10317479A1

Abstract

Abreinigungsanlage für Photovoltaik-Generatoren und Sonnenkollektoren mindestens bestehend aus einer motorisch angetriebenen, zylinderförmigen, drehbaren Bürstenwalze (6) in einem Schutzgehäuse (8), welche an ihren axialen Enden mittels eines Fahrgetriebes (3) in rechtwinkelig zur Bürstenwalze verlaufenden, parallelen, beabstandeten und bezahnten Führungsschienen (4) verschiebbar, aber nicht von den Führungsschienen lösbar, eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verfahrbewegung der Bürstenwalze (6) entlang der bezahnten Führungsschienen (4) und eine Drehbewegung der Bürstenwalze (6) zur Reinigung mit einer Antriebseinheit (5) erfolgt, diese Antriebseinheit (5) in eines der vorhandenen Fahrgetriebe (3) eingreift und durch die Fahrgetriebe (3) eine Drehbewegung der Bürstenwalze (6) in eine parallel verlaufende Verfahrbewegung der Bürstenwalze (6) entlang der bezahnten Führungsschienen (4) umgewandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abreinigungsanlage mit zylinderförmigen Bürstenwalzen für Photovoltaik-Generatoren und Sonnenkollektoren.
Vor allem in Ländern mit viel Sonnenschein wird in zunehmendem Maße solare Energie genutzt, insbesondere wenn eine Anbindung an ein elektrisches Netz nicht vorhanden ist oder nicht sinnvoll erscheint oder ein Wunsch nach einer autarken Energieversorgungseinrichtungen besteht.
Die Energieeffektivität eines Photovoltaik-Generators wird maßgeblich durch Dauer und Intensität der Sonneneinstrahlung bestimmt. Der Ertrag eines solchen Generators wird aber auch nachhaltig durch die Reinheit der Photovoltaik-Module wesentlich beeinflußt. Die Erfindung bietet für die Sauberhaltung der Module, namentlich wenn sie in ariden oder halbariden Zonen eingesetzt werden, eine Lösung, die sich durch hohe Praxistauglichkeit auszeichnet.

Da die Reinigung von glatten Flächen, z. B. an Glasdächern, Gewächshäusern, Fassaden oder dergleichen, ein allgemeines Problem ist, ist hierfür eine Vielzahl unterschiedlichster, vorzugsweise naßreinigender Anlagen bekannt.

So beschreibt z. B. DE 196 53 697 C1 eine Vorrichtung zum Reinigen von großen Flächen, insbesondere Gebäudeverglasungen, eine drehend angeordnete Bürstenwalze und eine Halteeinrichtung, die eine Verlagerungsbewegung des Bürstenschlittens über die zu reinigende Fläche ermöglicht. Die Bürstenwalze wird im Reinigungsbetrieb derart drehend angetrieben, daß sie durch Eingriff mit der zu reinigenden Fläche eine in Vorschubrichtung auf den Bürstenschlitten wirkende Kraft erzeugt. Die Vorrichtung kann durch Zug an flexible Haltestangen oder Seilen – ähnlich einem Lenkdrachen – über die zu reinigende Fläche gleitend verfahren werden.

Für diese Konstruktion sind mindestens zwei Antriebe erforderlich, ein Antrieb für die Drehbewegung der Bürstenwalze und mindestens ein Antrieb zur gleitenden Veränderung der Position der Bürstenwalze. Die Vorrichtung besitzt keine Führungsschienen. Sie liegt nur durch die Schwerkraft auf der zu reinigenden Fläche auf und könnte beispielsweise mit Hilfe eines Autokrans über die Fläche verfahren werden.

Das Gebrauchsmuster DE-GM 18 69 097 beschreibt einen selbsttätigen Schrubber für Gewächshäuser; demgemäß wird eine drehend angetriebene Walzenbürste in einem Rahmen gehaltert, der motorisch angetrieben über die zu reinigende Glasfläche verfahren wird. Dazu ist der Rahmen verfahrbar an einer Schiene gehaltert, die sich an Führungsschienen abgestützt quer über die zu reinigende Fläche bewegen kann. Der Rahmen wird mittels Seilzug entlang der Führungsschienen bewegt. Dies geschieht durch einen weiteren Antrieb oder per Hand.

Ein Seilzug ist im Hinblick auf die erforderliche Gleitschmierung und das geforderte Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung – hohe Staub- und Sandbelastung und daraus folgend salzhaltige harte Schmutzkrusten – für die sichere Funktionsfähigkeit problematisch.

Aus EP 05 38 521 B1 ist eine Vorrichtung zur Reinigung von Fensterflächen mit einer rotierenden Bürstenwalze, die durch Halterungen auf Schienen verfahrbar angebracht ist, bekannt. Die Bürstenwalze ist teleskopartig verlängerbar; die Verfahrbewegung der Halterungen ist asynchron, so daß die Bürstenwalze auch nicht-rechteckförmige Flächen überstreichen kann. Aus dem Ziel dieser Konstruktion ergeben sich neben dem Antrieb für die Bürstenwalze auch notwendigerweise mindestens zwei Stepper-Motoren für eine Verfahrbewegung der Bürstenwalze.

Aus England (GB 1 344 783) ist ebenso eine Vorrichtung mit einem Antrieb für die Bürstenwalze und einem Antrieb für deren Verfahrbewegung bekannt.

Des weiteren beschreibt das Patent GB 1 154 983 eine selbstfahrende Vorrichtung zur Reinigung von Fenstern oder Wandflächen, welche in fest verankerte Laufschienen geklemmt ist, und mit diesen Laufrädern eine Verfahrbewegung durchführt.

Zur Überwindung der Schwerkraft und für eine Verfahrbewegung sind des weiteren auch Vorrichtungen mit Saugnäpfen ( EP 05 05 956 A1 ) oder Magneten ( DE 27 37 619 A1 ) bekannt.

Eine Vorrichtung mit scheibenförmigen Bürsten kann schon wegen der erhöhten Komplexität einer derartigen Konstruktion für die benannte automatisierte Anwendung nicht in Betracht gezogen werden. Zudem erscheint das Ergebnis der Reinigung in einem klimatisch anspruchsvollen Einsatzgebiet nicht vorteilhaft. Schließlich bieten auch komplexere Vorrichtungen mit Sprühdüsen, Wischern, Ventilatoren oder dergleichen ebenso wie Vorrichtungen mit einem hydraulischen Antrieb keine verwertbaren Anregungen zur photovoltaik-technischen Applikation.

Die bekannten Vorrichtungen weisen durchgängig mehr als eine Antriebseinheit auf; vielfach sind sie durch Seile oder flexible Gestänge nicht sturmsicher, oder liegen oftmals nur durch Schwerkraft auf der zu reinigenden Oberfläche auf. Der Umstand, daß in einem klimatisch anspruchsvollen Einsatzgebiet die zu reinigende Fläche stark verschmutzt sein wird und im weiteren die Vorrichtung selbst einer hohen Schmutzbelastung ausgesetzt ist, die ihre Betriebssicherheit und Betriebsfähigkeit nicht gefährden darf, wird durch den Stand der Technik nicht anforderungsgerecht gelöst.

Es gilt auch zu beachten, daß es im bevorzugten Einsatzgebiet nicht nur an Regenfall fehlt, der einen Teil der Reinigung auf natürliche Weise übernimmt, es fehlt auch an Brauchwasser und Wasser generell, mit dem eine Reinigung zumindest unterstützend vorgenommen werden könnte.

In Wüsten, Halbwüsten oder Steppen ist neben der allgemeinen Trockenheit insbesondere mit äußerst kleinen, aber auch größeren geklumpten Staubteilchen bis zu einer Korngröße von mehreren Millimetern zu rechnen. Überdies ist der Staub und Sand häufig leicht salzhaltig. Der Salzgehalt des Staubes erscheint auf den ersten Blick unverdächtig, Salze sind aber generell hygroskopisch und ziehen Wasser an. Während der Nacht kühlt es in den genannten Regionen ab und es kommt zu einer Taubildung. Die Luftfeuchtigkeit kondensiert auf den Photovoltaikmodulen, und der Tau löst die eingelagerten Salzkristalle, die sich mit dem vorhandenen Körnchenstaub zu einer Schicht verbindet. Bei steigenden Temperaturen nach Tagesanbruch bilden die Schmutzteilchen mehr oder weniger homogene Schichten. Bei starkem Wind wird zusätzlich Sand und Staub auf die eventuell taufeuchte Schmutzschicht aufgeblasen, so daß Verklumpungen und Aushärtung der Staub- und Sandpartikel zu Korngrößen von mehreren Millimetern nicht ungewöhnlich sind.

Gerade mit einer solchen Verschmutzung sinkt der Wirkungsgrad der Photovoltaik-Anlage wesentlich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, insbesondere soll eine Abreinigungsvorrichtung für eine trockene mechanische Abreinigung von Photovoltaik-Generatoren und ebenen Sonnenkollektoren sowie den Spiegel konzentrierender Systeme vorgeschlagen werden, die sich durch eine möglichst einfache, kostengünstige, robuste, wetterfeste und transportable Ausführung, die funktionssicher insbesondere in klimatisch problematischen Gebieten zum Einsatz kommen kann, auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2–6.

Nach Maßgabe der Erfindung löst eine rotierende, zylinderförmige Bürstenwalze durch eine Drehbewegung eine entstandene Schmutzschicht von einem Photovoltaik-Generator infolge mechanischer Krafteinwirkung ab, nimmt die Schmutzteilchen auf und streift sie an einer Kante wieder ab. Die Bürstenwalze wird dabei über den gesamten Bereich des Photovoltaik-Generators verschoben.

Erfindungsgemäß ist die Reinigungsanlage mit nur einer Antriebseinheit ausgestattet. Dieser Antrieb übernimmt sowohl die Verfahrbewegung der Bürstenwalzen, also das Verschieben der Bürstenwalzen entlang der Führungsschienen, als auch das Drehen der Bürstenwalzen, also die eigentliche Reinigungsarbeit.

Die Bürstenwalze verfügt an ihren beiden axialen Enden jeweils über ein Getriebe. Mit diesen Getrieben wird die Drehbewegung der Walzenbürste in eine Verfahrbewegung der Walzenbürste umgeformt. Es können auch mehrere Bürstenwalzen zu einer Bauteilgruppe zusammengefaßt sein, so daß diese gemeinsam in das Getriebe eingreifen.

Das Getriebe seinerseits greift in eine Führungsschiene mit einer Zahnbahn, die sich vorzugsweise im unteren, dem Photovoltaik-Generator zugewandten Bereich der Führungsschiene befindet, ein. Von oben her ist ein Abgleiten der Getriebe durch eine Laufwalze abgesichert. Die Führungsschiene besteht vorzugsweise aus Leichtmetallprofilen, die in mehrere klappbare Segmente unterteilt sein kann. Eine solche Segmentierung bietet sich vor allem dann an, wenn die Abreinigungsanlage an einer transportablen Kompaktanlage, etwa einer solaren Eiserzeugungs- oder Milchkühlunit verwendet wird, aber auch bei stationären Photovoltaikflächensystemen.

Der Erfindung liegt im weiteren der Gedanke zugrunde, daß die Verfahrbewegung der Bürstenwalze in jedem Fall parallel erfolgen muß, da bedingt dadurch, daß ein Photovoltaik-Generator meist aus mehreren, üblicherweise in überstehenden Rahmen gefaßten Solar-Modulflächen zusammengesetzt ist, ansonsten keine effiziente Reinigung mit dem angestrebten minimierten Aufwand möglich ist.

Selbst bei Modulplatten ohne Berandung erweist sich ein paralleles Verschieben der Bürstenwalzen als sehr vorteilhaft, da sich so auch der Reibungswiderstand verringert und infolge dessen die erforderliche Gesamtleistung des Antriebs verringert. Dies ist ein sehr wesentlicher Effekt, da etwa Dreiviertel der aufzubringenden Antriebsleistung für die Bewegung der Walzenbürste eingesetzt werden muß. Erfindungsgemäß ist vorgeschlagen, daß die Energieversorgung des elektromotorischen Antriebes durch einen Photovoltaik-Generator bereitgestellt wird, im einfachsten Fall durch jenen Generator, den es zu reinigen gilt.

Die rotierende Bürstenwalze löst die entstandene Schmutzschicht durch mechanische Krafteinwirkung und nimmt die Schmutzteilchen auf. Eine Schutzabdeckung der Bürstenwalze übernimmt dabei die Aufgabe, die aufgenommenen Schmutzteilchen von der Bürstenwalze abzustreifen. Im einfachsten Fall ist vorgesehen, daß die Schutzabdeckung an ihrer Unterseite mit zwei Blechkanten in den Bereich der Borsten eingreift und eine Kammer bildet, welche den Schmutz aufnimmt. Eine Blechkante ist klappbar ausgebildet, um den Schmutz wieder entfernen zu können. Dies geschieht vorzugsweise in einer Parkposition der Bürstenwalze nach einem Reinigungsdurchlauf, und wird durch einen Mechanismus, z. B. einen Federmechanismus, ausgelöst.

Die Drehrichtung der Bürstenwalze wird bevorzugt entgegengesetzt zu ihrer Verschiebungsbewegung gewählt, damit sicht die Relativgeschwindigkeit der Borsten gegenüber der zu reinigenden Oberfläche erhöht.

Außerhalb der Betriebsphase ruht die Bürstenwalze dort, wo sie praktisch keinen Schatten auf den Photovoltaik-Generator wirft.

Die robuste, sturmsichere Abreinigungsanlage gemäß der Erfindung gestattet auch eine automatische Steuerung der Anlage, wie sie einfach durch eine feste Zeitschaltung und/oder Umkehrschaltung realisierbar ist. Ungeachtet der herrschenden Wetter- und Windsituation kann die Abreinigungsanlage selbständig, unbeaufsichtigt, und mit hoher Betriebssicherheit einen Reinigungsdurchlauf starten.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Abreinigungsanlage, aufgesetzt auf einem Photovoltaik-Generator
2 eine Seitenansicht der Abreinigungsanlage und
3 ein seitliches Schnittbild durch das Schutzgehäuse der Anlage.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
Der Photovoltaik-Generator besteht aus zwei Solarmodulflächen 1, die von einem Solarmodulrahmen 2 berandet sind. Des weiteren sind die Fahrgetriebe 3, die Führungsschienen 4, die Antriebseinheit 5 und die Bürstenwalze 6 mit innenliegender Bürstenwelle 7 gezeigt. Die Bürstenwalze 6 ist in einem Schutzgehäuse 8 mit Abstreiffunktion eingelagert. Die gezeigte einfache Ausführung besteht nur aus einer Bürstenwalze.
An die Trägerkonstruktion der Solarmodulrahmen 2 ist seitlich je eine, aus Aluminiumprofilen bestehende, Führungsschiene 4 angebracht. Der Bereich der Bürstenwalze 6, welcher nicht über die Rahmen 2 der Solarmodulflächen 1 streicht, ist in der Figur strichpunktiert dargestellt. In einem solchen Bereich sind die Borsten der Bürstenwalze 6 etwas kürzer oder (wie in 1 dargestellt) nicht vorhanden, insbesondere da die Berandung der Solarmodulflächen 1 häufig nicht plan und eben ist. Entlang der Führungsschiene 4 wird die Bürstenwalze 6 bei einem Reinigungsschritt – aus Sicht dieser Schemadarstellung – vertikal von oben nach unten und wieder zurück in die Parkposition verfahren. Die Führungsschienen 4 bestehen aus mehreren klappbaren Segmenten. Am unteren und oberen Ende der Führungsschiene 4 befindet sich ein mechanischer Auslöser 14 für die Richtungsumkehrung der Bürstenwelle 7, der gleichzeitig die Auslösefunktion für die Entleerungseinrichtung 13 realisiert. Eine Energiekette (nicht dargestellt) für die Stromübertragung zur Antriebseinheit 5 ist sturm- und wetterfest ausgelegt.
Aus 2 sind die Antriebseinheit 5, die Bürstenwelle 7, die Führungsschiene 4 mit Zahnbahn 9, das Fahrgetriebe 3, die Zahnradkombination 10 und der Zahnriemen 11 ersichtlich.
Diese Darstellung verdeutlicht, wie mit der Antriebseinheit 5 eine Drehbewegung der Bürstenwalze, hier veranschaulicht durch die Bürstenwelle 7, in eine Verfahrbewegung der Bürstenwalze umgeformt wird. Die Antriebseinheit greift in das Fahrgetriebe 3 ein und bewirkt die Drehbewegung der Bürstenwelle 7.
Schließlich zeigt 3 ein seitliches Schnittbild durch das Schutzgehäuse 8 mit der Bürstenwalze und zwei Abstreifkanten 12, die eine Kammer für die aufgefangenen Schmutzteilchen bilden. Die Entleerung 13 wird durch Kippen geöffnet, so daß die Schmutzteilchen wieder herausfallen. Im einfachsten Falle geschieht dies in der Parkposition und wird beispielgebend durch einen Feder- und Hebelmechanismus (hier nicht dargestellt) ausgelöst.

1: Solarmodulflächen
2: Solarmodulrahmen
3: Fahrgetriebe
4: Führungsschiene
5: Antriebseinheit
6: Bürstenwalze
7: Bürstenwelle
8: Schutzgehäuse
9: Zahnbahn
10: Zahnradkombination
11: Zahnriemen
12: Abstreifer
13: Entleerungseinrichtung
14: Auslöser

Claims

Abreinigungsanlage für Photovoltaik-Generatoren und Sonnenkollektoren mindestens bestehend aus einer motorisch angetriebenen, zylinderförmigen, drehbaren Bürstenwalze (6) in einem Schutzgehäuse (8), welche an ihren axialen Enden mittels eines Fahrgetriebes (3) in rechtwinkelig zur Bürstenwalze verlaufenden, parallelen, beabstandeten und bezahnten Führungsschienen (4) verschiebbar, aber nicht von den Führungsschienen lösbar, eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verfahrbewegung der Bürstenwalze (6) entlang der bezahnten Führungsschienen (4) und eine Drehbewegung der Bürstenwalze (6) zur Reinigung mit einer Antriebseinheit (5) erfolgt, diese Antriebseinheit (5) in eines der vorhandenen Fahrgetriebe (3) eingreift und durch die Fahrgetriebe (3) eine Drehbewegung der Bürstenwalze (6) in eine parallel verlaufende Verfahrbewegung der Bürstenwalze (6) entlang der bezahnten Führungsschienen (4) umgewandelt wird.
Abreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (4) auf der Tragkonstruktion des Photovoltaik-Generators (1) angebracht sind.
Abreinigungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschienen (4) in mehrere klappbare Segmente unterteilt sind.
Abreinigungsanlage nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (8) mit Abstreifern (12) ausgestattet ist, die in die Borsten der Bürstenwalze (6) eingreifen, und eine Entleerungseinrichtung (13) besitzt.
Abreinigungsanlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung der elektromotorischen Antriebseinheit (5) durch einen Photovoltaik-Generator erfolgt.
Abreinigungsanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reinigungsvorgang durch eine Automatik und/oder Umkehrschaltung gesteuert wird.