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I. Anwendungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Reinigungs- und Schneebefreiungsvorrichtung.
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II. Technischer Hintergrund
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Dabei
geht es um die Freihaltung oder anschließende Reinigung von Solarkollektoren,
Solarzellen zur Stromerzeugung oder auch anderen schräg oder horizontal
stehenden Flächen,
etwa Flachdächern
und auch Dächern
von Fahrzeugen, die nicht durch groben Schmutz bedeckt werden sollen.
Eine typische Grobverschmutzung ist die Ablagerung von Schnee auf
diesen Flächen,
aber auch von Laub oder größeren Mengen
Staub in einer staubigen Umgebung.
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Gerade
die Ablagerung von Schnee auf solchen Flächen, die im folgenden beispielhaft
ausschließlich
nur noch als Solarzellen bezeichnet werden, ohne die Erfindung hierauf
zu beschränken,
findet meist nicht permanent, sondern nur periodisch statt:
Zum
einen nur während
der Winterzeit, zum anderen auch während der Winterzeit nicht
permanent, sondern nur in den meist kurzen Schneefallperioden, die darüber hinaus
häufig
sogar zuverlässig
vorab angekündigt
werden und auch nur über
kurze Zeiträume, manchmal
nur wenige Stunden, erstrecken.
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Dennoch
stellen solche Schneeablagerungen für die Betreiber von Solarzellen und
Sonnenkollektoren ein großes
Problem dar, da sie zum einen die Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen
verhindern und damit die Stromproduktion deaktivieren, und zum anderen
auch die Solarzellen unzulässigerweise
mechanisch stark belasten können
und zur Beschädigung
führen
können.
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Ebenso
wurde in Langzeittests festgestellt, daß auch die Verschmutzung durch
industriellen und landwirtschaftlich bedingten Staub eine starke
Leistungsminderung der Anlagen verursacht. Insbesondere bei Anlagen,
die durch ihre flache anbringung keine Reinigung durch abrutschenden
Schnee erfahren sind langfristig durch vermehrten Bewuchs durch Algen,
Flechten und Moos betroffen.
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Im
Folgenden wird an Stelle der freizuhaltenden bzw. zu reinigenden
Flächen
grundsätzlich
von Solarzellen gesprochen, ohne die Erfindung auf diesen Anwendungsfall
zu beschränken.
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Die
Betreiber haben daher ein starkes Interesse, die Ablagerungen auf
Solarzellen und anderen Flächen
schnell und zuverlässig
zu beseitigen.
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So
sollen Ablagerungen großer
Schneemengen auf vor allem leichtgebauten Hallendächern aus statischen
Gründen
vermieden werden. Das gleiche gilt beispielsweise für die Dächer von
Wohnwägen, die
das ganz Jahr frei stehen und die ebenfalls nicht in der Lage sind,
hohe Schneelasten zu tragen.
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Dies
geschah in der Vergangenheit meist manuell durch Abkehren. Auch
automatische Kehrvorrichtungen sind bereits bekannt, die betätigt werden
können,
ohne einen Bediener auf das Dach beziehungsweise die Solarzellen
steigen zu lassen.
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Darüber hinaus
ist es auch bereits bekannt, ein Ablagern von Schnee von vornherein
zu verhindern oder auch nachträglich
wieder zu beseitigen, indem der Schnee abgetaut wird, beispielsweise
durch Aufbringen von Salz, insbesondere in Form von Salzlake, die
in flüssiger
Form von der Oberkante der Solarzellen her auf diese aufgesprüht oder
aufgespritzt wird. All diesen Systemen haften jedoch spezifische Nachteile
an, die vermieden werden sollen.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es
ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung,
eine Vorrichtung zu schaffen, welche trotz hoher Zuverlässigkeit
einfach und kostengünstig
in der Anwendung ist. Auch eine Nachrüstbarkeit durch entsprechende
Bereitstellung der Teile eines Bausatzes soll auf einfache Weise
möglich
sein.
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b) Lösung
der Aufgabe
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass einerseits zu dem
Zeitpunkt, zu dem die Beschmutzung der Solarzellen mit Schnee beginnt, die
Solarzellen mit einem Schieber vom Schnee befreit werden, andererseits
bestehende Verunreinigungen wie z. B. Laub oder Staub vom Kollektorfeld entfernt
werden.
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Im
ersten Fall räumt
der Schieber den Schnee bei einer vorzugsweise von oben nach unten führenden
Bewegung vom Kollektorfeld und wird am unteren Ende vorzugsweise
mechanisch von der Kollektorfläche
abgehoben, um bei der Aufwärtsbewegung
den in der Zwischenzeit auf die Solarzellen gefallenen Schnee nicht
nach oben zu transportieren. Am oberen Ende des Kollektorfelds wird
der Schieber wieder in Schneeräumposition
gebracht.
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Im
zweiten Fall wird die bereits eingetretene Verschmutzung wieder
beseitigt, indem ein zum Solarzellenoberfläche reinigen geeigneter Gegenstand wie
vorzugsweise eine Bürste
oder ein Schwamm an dem Schieber befestigt wird, der vorzugsweise
bei der Abwärtsbewegung über die
Oberseite der Solarzellen geführt
wird.
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Das
Problem, das bei dem Antrieb und der Führung des Schiebers vor allem
bei größeren Solaranlagen
besteht, ist, daß die
Solarfläche
möglichst wenig
beschattet werden darf, weil die Leistung der Anlage dadurch zu
einem überproportional
großen Anteil
verringert wird. Das heißt,
daß bereits
eine Beschattung von wenigen Prozent der Fläche in einem ungünstigen
Bereich die Leistung der Anlage um die Hälfte und mehr reduzieren kann.
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Daher
muß Antrieb
und Führung
des Schiebers möglichst
in der bestehenden Solaranlagenkonstruktion verschwinden. Außerdem sollten
sich die Kosten für
die Reinigungsanlage so niedrig gestalten, daß der Mehrertrag an Strom die
Kosten für
die Reinigungsanlage während
der Betriabsdauer übersteigt,
da die Anschaffung wirtschaftlich sonst nicht sinnvoll ist.
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Diese
Problematik wird bei dieser Erfindung dadurch gelöst, daß der Antrieb
des mehrteiligen Schiebers über
Seile erfolgt, die auf einer Welle vorzugsweise unterhalb oder oberhalb
des Kollektorfeldes aufgewickelt sind und auf der anderen Seite
des Kollektorfeldes über
Rollen umgelenkt werden. Damit sich die Seile auf der Welle sauber
aufwickeln und dadurch einen Längenausgleich überflüssig machen, wird
die Welle bezüglich
zur Längsachse
beweglich gelagert und über
eine Gewindespindel mit einer Steigung, die größer oder mindestens gleich
des Seildurchmessers ist seitlich verschoben. Dadurch befinden sich
die Seile immer an der gleichen Stelle des Kollektorfelds und können zwischen
den Kollektoren laufen, ohne eine Abschattung zu verursachen
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Wenn
das Kollektorfeld nicht bis zur Unterkante des Dachs reicht, kann
es sinnvoll sein, an der Unterkante eine Abdeckung aus Blech oder
einem anderen geeigneten Material zu befestigen, damit sich der
Schnee nicht an dieser Stelle staut, sondern vom Dach abrutscht.
Der Schieber muß dazu
möglichst
bis zur Dachunterkante fahren.
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Die
Auf und Abwärtsbewegung
des Schiebers kann insbesondere auch automatisch mittels eines Sensors
gesteuert werden, der Schneefall feststellt. Ein solcher Sensor
kann beispielsweise auch in der Kombination eines Niederschlagsensors,
der auf Feuchtigkeit reagiert, kombiniert mit einem Temperatursensor,
bestehen:
Schneefall bzw. die Notwendigkeit zum Aktivieren der
Vorrichtung in Form des Ab- und Aufwärtsfahrens des Schiebers über die
Solarzellen liegt dann vor und wird automatisch eingeleitet, wenn
der Niederschlagsensor Niederschläge detektiert und der Temperatursensor
eine Temperatur unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes, z. B.
unterhalb von 3° Celsius,
anzeigt.
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Im
Reinigungsbetrieb in der schneefallfreien Jahreszeit kann vor allem
an Standorten, wo kein Reinigungswasser zur Verfügung steht, der Niederschlagsensor
dazu verwendet werden, die Reinigungsanlage zu aktivieren, um den
natürlichen
Niederschlag also Regenwasser als Reinigungsflüssigkeit zu verwenden und die
Reinigungswirkung über die
Abstreifbewegung des an dem klappbaren Schieber befestigten z. B.
Schwamms oder Bürste
zu verstärken.
Dieser fährt
dann nur bei der Abwärtsbewegung über die
Solaranlage, so daß Staub,
Schmutz und andere Ablagerungen nach unten abtransportiert werden
und so ein Pflanzenbewuchs an der Anlage, die den Anlagenwirkungsgrad
deutlich verringert somit wirkungsvoll zu verhindern.
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Zur
Aktivierung dieser Funktion braucht nur der Temperatursensor zum
Einschalten des Antriebs auf eine höhere Einschalttemperatur eingestellt
werden.
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Vorzugsweise
ermöglicht
die Steuerung aber auch ein Umschalten auf manuellen Betrieb.
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Der
Schieber wird vorzugsweise entlang von seitlichen Führungen
geführt.
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Diese
Lösung
ergibt unter Umständen
keine 100%ige Schneefreihaltung der Solarzellen zu jedem Zeitpunkt,
ist jedoch besonders einfach und robust herstellbar und wenig störungsanfällig in
der Funktion.
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Darüber hinaus
können
weitere Detailverbesserungen vorgesehen werden:
Vor allem eine
Nachrüstung
bereits vorhandener Solarzellen ist auf besonders einfache Art und
Weise durch einen Bausatz möglich,
der die Anfertigung der Vorrichtung in den gewünschten Größen, abhängig von der Größe der Solarzellen,
zulässt:
Hierbei
müssen
lediglich die benötigte
Wickelrolle sowie die Seile auf die entsprechende Länge abgelängt werden
und die Wickelrollenlagerung sowie die Umlenkrollen und die Antriebseinheit
angebaut werden
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Insbesondere
bei einem Einsatz von Wohnwägen
oder Wohnmobilen werden als Antriebsvorrichtungen dabei insbesondere
Rohrmotore eingesetzt, die in der Wickelrolle im Inneren montiert
sind und daher nicht nach außen
vorstehen und nicht beschädigt
werden können.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen
gemäß der Erfindung sind
im Folgenden beispielhaft näher
beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2: Seitenansichten gemäß der Erfindung im Winterbetrieb
bei Schneefall
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3: Seitenansichten gemäß der Erfindung im Reinigungsbetrieb
mit Bürste
bei Regen
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4:
die Anwendung an einem Wohnwagen.
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1 sowie
die dieser entsprechenden Seitenansichten der 2a und
b zeigen als Grundproblem z. B. die auf einer schrägen Dachfläche 11 montierten
Solarzellen 1, die von z. B. Schnee oder anderen sich darauf
in größerer Anzahl
ablagernden Partikeln 17 freigehalten werden sollen.
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Dabei
verläuft
eine untere Wickelrolle 2, auf der gleichzeitig die Zugseile 8 auf- bzw. abgewickelt werden.
Dabei wird die Wickelwelle 2 über den Elektromotor 5 gleichzeitig
gedreht, sowie über
eine Gewindespindel 9, die mit der Welle fest verbunden
ist, seitlich versetzt. Dabei steht die Spindelmutter fest, der
Motor ist in Wickelrollenachsrichtung verschiebbar und drehmomentabgestützt.
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Die
Zugseile 8 laufen in den Zwischenräumen zwischen, bzw. unter den
Kollektoren, um bei Sonnenschein keine Abschattung zu verursachen und
bewegen die Schlitten 4 mit dem Klappmechanismus der Schieber
auf den Kollektorrahmen über die
Kollektorfläche 1.
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Die
Schieber 3 sind auf den Schlitten 4 klappbar befestigt
und werden in der oberen Position abgeklappt, räumen in der Abwärtsbewegung (2a)
den Schnee über
das gegebenenfalls vorhandene untere Abdeckblech 16 über den
unteren Dachrand ab. In der untersten Position werden sie nach oben weggeklappt,
so daß der
in der Zwischenzeit gefallene Schnee nicht an den oberen Kollektorrand
transportiert wird (2b).
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Die
Schlitten sind dabei z. B. mit einem Rohr 7 verbunden,
das über
seitliche Führungen 6 ein
seitliches Ausweichen der Schieber verhindert.
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Die
Wickelwelle kann auch am oberen Ende des Kollektorfelds angebracht
sein, was einer Darstellung der Erfindung gemäß 1 um 180° gedreht entspräche.
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Registriert
also der Niederschlagssensor bei einer Temperatur von z. B. unter 3 Niederschlag, zieht
der Antriebsmotor 5 über
die Wickelwelle 2 die Schlitten 4 mit dem Schieber 3 nach
unten. Der Schieber 3 räumt
dabei den Schnee 17 über
das kollektorfeld 1 und die untere Abdeckblech 16 vom Dach.
Dabei wird in der untersten Position der Schieber mechanisch hochgeklappt.
Anschließend
wird über
die Steuerung die Drehrichtung des Antriebsmotors gewendet, der
Motor zieht über
die Wickelwelle 2, Zugseile 8, die am oberen Kollektorrand über Umlenkrollen 15 umgelenkt
werden die Schlitten mit dem Schieber, der sich jetzt über dem
in der Zwischenzeit gefallenen Schnee befindet in die oberste Stellung,
wo der Schieber wieder in die Räumposition geklappt
wird. Stellt der Niederschlagssensor weiterhin Niederschlag fest,
wiederholt sich der Vorgang. Fällt
kein Schnee mehr, bleiben die Schlitten oberhalb der Sonnenkollektoren
stehen um keine Abschattung zu verursachen.
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Die 3 zeigen eine Lösung, die sich von denjenigen
der 1 und 2 dadurch unterscheidet, dass
auf den Schieber z. B. eine Reinigungsbürste befestigt ist, die bei
Regen 18 in gleicher Weise wie vorher beschrieben die Kollektoren
reinigt.
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Dabei
muß für einen
automatischen Betrieb lediglich eine höhere Einschalttemperatur eingestellt werden.
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Ein
Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, dass
- – bei beginnendem Schneefall über Zugseile
vorzugsweise Gleitschlitten, aber auch z. B. Rollschlitten über die
Kollektorfläche,
vorzugsweise auf den kollektorrahmen gezogen werden, auf denen z.
B. klappbare oder anders über
die Kollektorfläche
abhebbare Schieber befestigt sind, die während der Abwärtsbewegung
den Schnee vorzugsweise nach unten schieben und bei der Aufwärtsbewegung
sich über
dem Schnee befinden
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Ein
Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin
dadurch gekennzeichnet, dass
- – die Wickelrolle
z. B. über
eine Gewindespindel oder eine andere geeignete Vorrichtung beim Seilziehen
seitlich verschoben wird, um die Zugseile immer in den Zwischenräumen zwischen den
Kollektoren zu belassen und gleichzeitig ein sauberes Aufwickeln
zu gewährleisten.
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Ein
Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin
dadurch gekennzeichnet, dass
- – An den
Schiebern z. B. eine Bürste
oder ein Schwamm befestigt werden kann, um bei höheren Temperaturen bei Regen
die Kollektoren zu reinigen, wobei die Reinigungsmittel nur bei
der Abwärtsbewegung über die
Sonnenkollektorenfläche
gleiten und bei der Aufwärtsbewegung
von der. Fläche
abgehoben sind.
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Ein
Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin dadurch
gekennzeichnet, dass
- – Nicht die Wickelrolle seitlich
verschoben wird, sondern die Seile z. B. über Rollen oder eine andere
geeignete Umlenkvorrichtung längs
zur Wickelrollenachse verschoben werden, um ein sauberes Aufwickeln
ohne zusätzlichen
Seillängenausgleich
zu gewährleisten.
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4 zeigt
die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
als Abräumvorrichtung
für das Dach
eines Wohnwagens:
Dabei verläuft der Schieber 3 geführt entlang
der Kontur des Wohnwagendaches bzw. Wohnwagenüberdaches 19 und soll
so vor allem eine sich auf dem Dach des Wohnwagens aufhäufende Schneelast verhindern,
indem der Schnee immer wieder automatisch vom Dach entfernt wird.
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Für diese
Anwendung befindet sich die Wickelwelle 2 bzw die Umlenkrollen 15,
vor und hinter der Dachvorderkante bzw. Dachhinterkante.
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In
diesem Fall wird der Antrieb der Wickelwelle vorzugsweise in Form
eines Rohrmotors ausgeführt.
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- 1
- Solarzelle
- 2
- Wickelrolle
- 3
- Schieber
- 4
- Schlitten
mit Klappmechanismus für
Schieber
- 5
- Antriebsmotor
seitlich verschiebbar, drehmomentabgestützt
- 6
- seitliche
Führung
- 7
- Verbindungsrohr
zwischen den Schlitten
- 8
- Zugseil
- 9
- Gewindespindel
mit Welle 2 verbunden
- 10
- Mutter
für Gewindespindel
(fest)
- 11
- Dach
- 14
- Bürste
- 15
- Umlenkrolle
- 16
- Unteres
Abdeckblech
- 17
- Schnee
- 18
- Regen
- 19
- Wohnwagenüberdach
- 20
- Lager
der Wickelrolle