JP2020535784A - 電気力学的シールドを使用してソーラーパネルを自己洗浄するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
物体の表面を自己洗浄するためのシステム及び方法であって、物体の表面へ電気力学的シールドが取り付けられている、システム及び方法。電気力学的シールドは、基板の上に１つ又はそれ以上の組の電極を含み、少なくとも１つ又はそれ以上の組の電極は保護膜内に覆われている。保護膜の上面へ被覆が施されている。信号パルス生成器が１つ又はそれ以上の組の電極へ接続されている。信号パルス生成器は、１つ又はそれ以上の組の電極に電場を生成させるパルス信号を生成する。パルス信号は連続する信号間に位相差を有する複数の異なるパルス信号を備えており、電場は被覆の上の粒子に静電力を受けさせ被覆からはじかせる。これらのパルス信号（形状、振幅、シフト、及び周波数を含む）は、粉塵種類及び相対湿度に依存する除去の効率を高めるように調整され得る。【選択図】図１
Description
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年９月１１日出願の米国仮特許出願第６２／５５７，０７０号の恩典を主張し、その開示全体をここに参考文献として明示的に援用する。
本願は、２０１７年９月１１日出願の米国仮特許出願第６２／５５７，０７０号の恩典を主張し、その開示全体をここに参考文献として明示的に援用する。
本開示は、概括的には、ソーラーパネルを洗浄するための機器に関する。より具体的には、本開示は、電気力学的シールドを使用してソーラーパネルを自己洗浄するためのシステム及び方法に関する。
再生可能エネルギー分野では、太陽光パネルを利用した太陽光発電が広く関心を集め、導入を増加させている。既存のソーラーパネルに係る主要課題は、粉塵（dust）及び他の粒子がソーラーパネルを覆うことに因る出力パワーの減少である。ソーラーパネルへの粉塵堆積はパワー出力を大幅に減少させかねない。この問題を軽減するための標準的な手法は、ソーラーパネルを機械的に洗浄することであり、それには水と肉体労働の使用又は水と非常に高価で且つエラーの発生し易いロボット工学の使用が必要になる。新たな手法には、疎水性又は親水性の被覆をソーラーパネルのガラス表面に施すことやロボットを使用して手動洗浄を自動化することが含まれる。しかしながら、繰り返される機械的洗浄は、ソーラーパネルのガラス表面を傷めかねず、しかも砂漠地帯では希少な商品である水を大量に必要とし得る。
更なる手法には、電気力学的シールド、即ち「ＥＤＳ」の使用が含まれる。ＥＤＳは電極を介して電場を生成し、その電場は、ソーラーパネル上の粉塵粒子が静電力を受けソーラーパネルからはじかれることを引き起こす。ＥＤＳの使用は、月や火星で動作する車両のソーラーパネルへの粉塵蓄積問題の解決に取り組むうえで関心を集めた。月の場合、無重力、ゼロ磁場、及び過酷な真空環境が、ＥＤＳが粉塵粒子をはじくことを可能にする。しかしながら、ＥＤＳ技法はその現在の具現化においては地球上の用途にとって実用的でなく、それというのも地球の湿度レベル及び現在使用されている電極材料の低い透明性が理由である。具体的には、ソーラーパネルの表面上に凝縮する水分の層が、電場を遮蔽し、更には水分層の誘電泳動力、接着力、などの様な抵抗力のせいで粉塵粒子のトラップとして作用するのである。また、現在のＥＤＳシステムの場合、粒子は電極縁の近傍及び電極の上の中央位置に残留する。これらの残留粒子は、追加の電場刺激があっても、ソーラーパネルからはじかれにくい。水分と粉塵の組合せは、現在のＥＤＳシステムによって除去するのが不可能な高い粘着性の粉塵の「かたまり（ケーキ: cake）」形成を生じさせることもある。
したがって、本明細書に開示されるシステム及び方法は、自己洗浄のためのシステム及び方法であって水又は機械的洗浄を必要とせず以上に指摘された水分層問題に対処するシステム及び方法を提供することによって、これら及び他の要求を解決する。具体的には、本明細書に開示されるシステム及び方法は、水吸着を制御する新規性のある電極及び絶縁体構成を用いて、及び洗浄効率を改善し最小限の消費電力しか必要としない新規性のある電気パルス生成器を用いて、これら及び他の要求を解決する。
この現開示は、電気力学的シールドを使用してソーラーパネルを自己洗浄するためのシステム及び方法に関する。システムは、１つ又はそれ以上の組の電極と、電極上の保護膜と、保護膜の上の被覆と、電極の下の基板と、を包含する電気力学的シールド（「ＥＤＳ」）を含んでいる。電極及び保護膜は、電気力学的シールドの表面への水吸着を制御するように形作られ配置されている。基板は、ＥＤＳ用途に最も適したガラス種類の１つとされるソーラーパネルの低鉄ソーダ石灰ガラスカバーとすることができる。パルス信号生成器が、（単数又は複数の）組の電極にパワー供給するパルス信号を発生させることができる。パルス信号は、連続する信号間に位相差を有する複数の異なるパルス信号を含んでいる。パルス信号は、異なる波形、異なる振幅、及び異なる周波数を含み得る。パルス信号は、所望に応じて、立ち上がりエッジ（leading-edge）のパルス及び立ち下がりエッジ（trailing-edge）のパルスによって強化されることができる。初期のパルスが測定可能な力の増加を提供することによって、固定粉塵粒子のスティクション及び慣性に打ち勝つことができ、また後続のパルスの振幅を減少させることによって消費される正味のパワーを低減することができる。粉塵の特定の種類に対してパルスの組合せが調整されてもよい。パルス信号生成器は、単一の電極組へ接続されているときは、定常波信号パターンを使用して電場を生成する。複数の電極組へ接続されているときは、パルス信号生成器は、進行波信号パターンを使用して電場を生成する。（単数又は複数の）組の電極にパワー供給することによって、ＥＤＳは、電場であって、被覆上の粉塵粒子が大きな静電力を受けることを引き起こす電場を生成する。重力と組み合わさった静電力は、粉塵粒子をソーラーパネルからはじかせる。一連のパルスが、上面の被覆の疎水性の性質と組み合わさって、水分の存在に因って形成されるソーラーパネル上の粉塵ケーキから粉塵粒子を緩めるのである。したがって、発明に記載されているＥＤＳは、様々な種類の粉塵及び環境条件に曝されるソーラーパネルを洗浄することができる。
発明の以上の特徴は、次に続く発明の詳細な説明を添付図面と関連付けて考察することから明らかになるであろう。
本開示は、以下に図１から図１５に関連して詳細に説明される様に、電気力学的シールドを使用してソーラーパネルを自己洗浄するためのシステム及び方法に関する。
最初に留意すべきこととして、システム及び方法は以下ではソーラーパネルに関して論じられている。ただし、本開示のシステム及び方法は、限定するわけではないが窓、車両表面、車両用フロントガラス、光学デバイスなどを含む任意のシステムと共に使用されることができ、その結果、電気力学的シールドがその様な物体の自動洗浄を可能にする、ということを指摘しておく。
図１は、システム全体を示す図であり、システムは全体を符号１０（以下「電気力学的シールド１０」又は「ＥＤＳ１０」）で表されている。電気力学的シールド１０は、１つ又はそれ以上の電極１２、保護膜１４、被覆１６、及び基板１８を含んでいる。電極１２は保護膜１４内に埋め込まれていてもよいだろう。保護膜は電極破壊を防ぐ材料で作られている。或る実施例では、保護膜１４は、透明で高誘電性の二酸化ケイ素（「ＳｉＯ２」）である。ＳｉＯ２は、高電圧での電極１２間の破壊を防ぐ。また、ＳｉＯ２は電極１２を環境及び環境要素から保護する。具体的には、ＳｉＯ２の特性が、耐引掻性、耐湿性、高透明性、などを可能にする。当業者なら理解される様に、所望に応じ他の材料が保護膜１４として使用されてもよく、他の材料が追加の又は異なる便益を提供することもある。
ＥＤＳ１０は電場を生成し、その電場は（単数又は複数の）粉塵粒子２０が２つのベクトル成分方向Ｆｘ及びＦｙを有する静電力を受けＥＤＳ１０からはじかれることを引き起こす。粉塵粒子２０に継続的に作用している重力Ｇは、結果として得られる粒子軌道Ｔで粉塵粒子２０が地面に向かって移動するのに役立つ。
第１の実施例では、電極１２は透明な酸化インジウムスズ（「ＩＴＯ」）で作られている。ＩＴＯは、優れた透明性、伝導率、及び耐久性という特性を有する透明材料である。ＩＴＯの透明性は９０％より上に達し得る。第２の実施例では、電極１２はフッ素ドープ酸化スズ（「ＦＴＯ」）で作られている。ＦＴＯは、ＩＴＯに匹敵する特性の透明導電性酸化物（「ＴＣＯ」）である。当業者なら理解される様に、所望に応じ他の透明材料が電極を製造するのに使用されてもよく、他の材料が追加の又は異なる便益を提供することもある。
或る実施例では、電極１２の幅は０．１マイクロメートル（「ｕｍ」）から１００ｕｍの範囲にあり、電極間間隔は０．１ｕｍから１００ｕｍの範囲にある。これらの範囲は一例として使用されているにすぎず、他の範囲も使用できることに留意されたい。別の実施例では、電極の幅は１０ｕｍから４００ｕｍの範囲にあり、電極間間隔は１０ｕｍから８００ｕｍの範囲にある。電極の幾何学形状は、洗浄されるべき粉塵の種類に依存する。異なる種類の粉塵について、効率は異なる電極間間隔及び異なる電極形状に依存する。電極の効率は、電極のシート抵抗と透明性の間のバランスに基づく。
保護膜１４の上面には光学的に透明な被覆１６が施されている。被覆１６は、限定するわけではないが反射防止性、疎水性、などを含む１つ又はそれ以上の材料特性を有している。材料特性は、被覆が、例えば高い相対湿度の様な異なる条件下で、効率的に機能できるようにする。こうして被覆１６は、高い湿度の地域でのＥＤＳ１０の適用を可能にする。被覆１６の表面トポロジーは、光を内部に閉じ込め、反射による光の損失を防ぐように改変されてもよい。当業者には、適用可能な地域での粉塵条件に依存して表面トポロジーをどのように調整するかが理解されるはずである。
基板１８は、剛性の基板及び／又は可撓性の基板とすることができる。可撓性基板は、エチレンビニルアセテート（「ＥＶＡ」）膜、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）膜、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）膜、などの様な可撓性のポリマー基板を含み得る。剛性基板は、剛性低鉄ソーダ石灰ガラス基板、ソーラーパネル、窓、自動車用フロントガラス、光学デバイス、及び他の基板を含み得る。
ＥＤＳ１０はソーラーパネルと一体化される。或る実施例では、ＥＤＳ１０は、ソーラーパネルの最上層として一体化されることができる。とはいえ当業者には、ＥＤＳ１０をソーラーパネルの任意の層としてどのように一体化するかが理解されるはずである。図２は、結晶ソーラーパネル（「ＣＳＰ」）２２と一体化されたＥＤＳ１０を示す図解である。図３は、薄膜ソーラーパネル（「ＴＦＳＰ」）２４と一体化されたＥＤＳ１０を示す図解である。ＣＳＰ及びＴＦＳＰはソーラーパネルの一例にすぎず、ＥＤＳ１０は任意の型式のソーラーパネルと一体化され得るものと理解されたい。更に、ＥＤＳ１０は、太陽光パネルと共に使用されることに限定されるものではなく、限定するわけではないが窓、車両表面、車両用フロントガラス、光学デバイス、などの様な他の用途で使用されることもできるということを理解されたい。
電極１２は１つ又はそれ以上の組の電極へグループ化されている。１つ又はそれ以上の組の電極は、異なる構成へ編成され、パルス信号生成器へ接続されることができる。配置に依存して、異なる波パターンが電極組内で生成され得る。図４は、２つの組３２、３４に配置されていてパルス信号生成器３６へ接続されている電極の第１の実施例を示す図解である。パルス信号生成器３６からのパルス信号３８は、２組の電極３２、３４にパワー供給し、定常波パルス信号を生成する。より具体的には、パルス信号３８は、２組の電極３２、３４にパワー供給して電場を生成し、その電場は、粉塵粒子２０を帯電させ粉塵粒子２０をＥＤＳ１０の表面から浮揚させよう（はじこう）とする。ソーラーパネルは、一般的に傾斜角度（例えば、２５度から３０度）で設置されており、重力は浮揚した粉塵粒子１０をＥＤＳ２０の表面から滑らせるのを支援することになる、ということが理解されるはずである。
図５は、単一の定常波パルス信号を生成するためのパルス信号生成器３６へ接続された図４のＥＤＳ１０の断面図を示す図解である。ＥＤＳ１０は、更に、一番上の表面上の被覆１６、電極１２が電気破壊するのを防ぐために使用されている保護膜１４、及び基板１８（例えば、ソーラーパネルの低鉄ソーダ石灰ガラスのカバー基板）を含んでいる。
図６は、パルス信号生成器３６へ接続されている４つの組４２、４４、４６、４８に配置された電極の第２の実施例を示す図解である。パルス信号生成器３６からのパルス信号は、４組の電極４２、４４、４６、４８にパワー供給し、進行波パターンを生成する。より具体的には、パルス信号は、４組の電極４２、４４、４６、４８を４つの別々のパルス信号５２、５４、５６、５８でパワー供給する。４つの別々のパルス信号５２、５４、５６、５８は、連続する信号間に９０度の位相差を有する。電極配置のこの形態（４組の電極と進行波パターン）は、粉塵粒子２０をＥＤＳ１０表面の縁に向かって地面の上へと滑らせることになる。
図７は、４つの別々のパルス信号５２、５４、５６、５８を介して進行波パターンを生成するパルス信号生成器３６へ接続された図６のＥＤＳ１０の断面図を示す図解である。パルス信号生成器による定常波及び進行波の生成は一例にすぎず、この開示全体を通して論じられているシステム、方法、及び実施形態は、限定するわけではないが三角波、正弦波、鋸歯状波、などの様な他の波を生成及び使用することもできるものと理解されたい。
図８は、パルス信号生成器３６の模式的回路図である。具体的には、模式図は、パルス信号生成器３６が連続する信号間に９０度の位相差を有する４つの異なるパルス信号５２、５４、５６、５８を生成していることを示している。パルス信号生成器３６は、図４に示される様に単一の電極組（例えば、電極組３２）へ接続されているときには、定型波信号パターンを使用して電場を生成することになる。パルス信号生成器３６は、図６に示される様に４つの電極組４２、４４、４６、４８へ接続されているときには、進行波信号パターンを使用して電場を生成することになる。回路は、ＤＣ電源（「ＤＣＰＳ」）６０、パルス化ユニット６２、及び４対のパワースイッチングトランジスタ６６、６８、７０、及び７２を含んでおり、それらトランジスタ６６、６８、７０、及び７２はパルス化ユニット６２のための光アイソレーターとしても機能し得る。ＤＣＰＳはパワーをソーラーパネルから入力７４として直接取っている。パルス化ユニットはコマンドをトランジスタへ提供するコンピューティングモジュールである。各対のパワースイッチングトランジスタは、正電圧（「ＰＶ」）を切り替えるトランジスタを有しており、もう片方が負電圧（「ＮＶ」）を切り替えるためのものである。パルス信号３８は、或る特定の電圧までは各信号の振幅が方形波であり得る。例えば、パルス信号３８は、１５００Ｖまでは各信号の振幅が方形波であり得る。図９は異なるパルス信号５２、５４、５６、及び５８を示す図解であり、各パルス信号は連続する信号に比較して位相を９０度シフトされている。図１０は、４つの異なるパルス信号５２、５４、５６、及び５８の写真である。
再び図８を参照して、組の電極はパルス信号３８又は５２、５４、５６及び５８によってパワー供給される。パルス信号は、被覆１６の表面上に電場を発生させ、ソーラーパネルの表面から粒子を除去する。パルス信号は、異なる配置の組の電極へ接続されているときには異なる方法論を介して粒子を除去することになるだろう。更に、図５に示される様に２組の電極３２、３４の配置を含んでいるＥＤＳ１０は、粉塵粒子を飛び跳ね式にＥＤＳ１０の表面から浮揚させ、粉塵粒子は重力の支援で地面に到達してゆくだろう。図７に示される様に４組の電極４２、４４、４６、４８の配置を含んでいるＥＤＳ１０は、粉塵粒子を移動式にパネルの端に向かって滑らせ、粉塵粒子は地面に落下してゆくだろう。これは重力支援の必要性を排除又し又は大幅に低減する。この方式では、重力に対し直角の基板表面も洗浄されることができる。
パルス信号生成器３６は、パルス信号の信号パラメータを調節することができる。信号パラメータは、信号の振幅、信号の周波数、などを含む。粉塵粒子２０を洗浄するのに必要な信号の振幅及び信号の周波数は、粉塵粒子２０の特性である例えば限定するわけではないが粉塵粒子サイズ、粉塵粒子化学組成、及び粉塵粒子表面電荷密度などによって決まる。信号パラメータを調節することは、粉塵粒子をＥＤＳ１０の表面から除去する電場強度を調節する。具体的には、電場強度はパルス信号の振幅に基づいて調節され、粒子帯電及び除去プロセスはパルス信号の周波数に基づいて調節される。或る実施例では、振幅は４００ボルトから１０００ボルトの間の範囲にあり、周波数は３０Ｈｚから１００Ｈｚの範囲にある。他の範囲も使用され得るものと理解されたい。図１１Ａ−１１Ｂは、ＥＤＳ１０の表面から除去されてゆく粒子を示している。
粉塵粒子を動かす静電力は、粉塵粒子サイズが増加するにつれて大きくなり、小さいサイズの粉塵粒子については非常に弱いので超微細粒子の除去は難しくなることを理解しておきたい。そのため、静電力を切り替える前に、粒子サイズを付着による増大（accretion）によって大きくさせる必要がある。粉塵粒子に作用する静電力は、主として粒子サイズと電場の大きさの二乗の勾配に依存する。或る実施例では、粉塵粒子に作用する静電力を増加させると、電場の強度が増強されることによって電場の大きさの二乗の勾配が向上する。電場強度は、より小さいサイズの微小電極を集積化することによって実現でき、結果として、低い電圧でも制御可能粒子サイズの範囲が漸進的に拡大されるほど強力である。
更に理解しておきたいこととして、効率をより高めるためには、粉塵粒子のサイズは電極間間隔よりも小さくなくてはならない。電極１２の幅及び電極間離隔距離は、最も小さい粉塵粒子のスケールであるべきだ。したがって、ＥＤＳ１０が１０ｕｍから１００ｕｍの範囲内のより小さい電極幅及び電極間間隔で構築されることが、５ｕｍ−１００ｕｍの範囲の微細粉塵粒子についてはより効率的であり得る。
電極ギャップを小さくすることに加えて、絶縁微細構造もまた電場の強度を増強することができる。従来の電極露出型デバイスに比較して、外部電極を採用して均一電場を生成させることができ、絶縁微細構造をマイクロチャネルの中へ埋め込んで電場を絞らせることができる。それにより、局所最大値を有する高い電場勾配が作り出される。高い電場勾配は、構造が機械的に堅牢で化学的に不活性であり、ＳＴＰで３Ｖ／ｕｍにて空気の絶縁破壊放電やアーク放電が起こることなく非常に高い電場が適用され得る、ということから利点を有する。従来の電極ベースのデバイスが小振幅ＡＣ信号を使用するのに対し、高振幅ＤＣ電圧パルスが直接にブロックへ印加されて電場を絞り、電場勾配を操って基板に直角な成分ではなしに基板に平行な成分を持たせるようにすることができる。
砂漠地帯に設置される典型的な太陽光発電所の粉塵堆積速度は、１日あたり０．３ｇ／ｍ２から０．５ｇ／ｍ２である。堆積した粉塵は、日光がソーラーパネル上の（単数又は複数の）ソーラーセルに到達するのを妨げる。ソーラーセルに到達する光の損失に応答するセンサを追加することで、粉塵の自動化された粉塵除去を行うことができる。センサを含む活性化システムは、センサがソーラーパネルに到達する光強度に既定の降下を検出したときにパルス信号生成器３６を活性化し、パルス信号を生成するべく少量のパワーをソーラーセルからパルス信号生成器３６へ向かわせるようにプログラムされることができる。
図１２は、全体を方法８０として表されている、本開示のシステムによって実施されるプロセスの諸段階を示すフローチャートである。ステップ８２では、システムは第１の光強度を求め、ここに第１の光強度はソーラーセルに到達する光の量である。ステップ８４では、システムは第１の光強度が第１の既定閾値より下であるかどうかを判定する。第１の光強度が第１の既定閾値より下ではないとき、システムはステップ８２へ進み、第１の光強度を再度求める。システムは、第１の光強度を直ちに求め直すこともあれば、既定の時間遅延後に求め直すこともあり得る。第１の光強度が第１の既定閾値より下であるとき、システムはステップ８６へ進み、そこでシステムはＥＤＳ１０を活性化する。ＥＤＳ１０は、以上に論じられている様に、被覆１６の表面上に電場を発生させ、ソーラーパネルの表面から粉塵粒子を除去する。ステップ８８では、システムは第２の光強度を求める。ステップ９０では、システムは、第２の光強度が第２の既定閾値より下であるかどうかを判定する。第２の既定閾値は、第１の既定閾値と同じ値を有することもあれば異なる値を有することもあり得る。第２の光強度が既定閾値より下であるとき、システムはステップ８８へ進み、そして、再び第２の光強度を求める。システムは、第２の光強度を直ちに求め直すこともあれば、既定の時間遅延後に求め直すこともあり得る。第２の光強度がもはや第２の既定閾値より下でなくなれば、システムはステップ９２へ進み、そこでシステムはＥＤＳ１０を非活性化する。
電極１２は、定常波パルス信号を使用することによって活性化されることもできるし、進行波パルス信号を使用することによって活性化されることもできることに留意されたい。より新しい世代のソーラーモジュールは、随意的に、製造プロセス中にパワーオプティマイザと一体化される。電極を活性化するために使用される回路は、ソーラーパネルの製造プロセス中に数少ない追加工程で以て既に存在しているパワーオプティマイザへ組み入れられることができる。
パワーオプティマイザは、電圧又は電流を変更してシステム損失を減らす能力を有し、図８の制御を組み入れるように拡張させることのできる同様の電子的機能を有している。他のデバイスにはストリング・インバータ及びマイクロインバータがある。インバータは、ソーラーパネルによって生成される直流電流（「ＤＣ」）エネルギーを、使用可能な交流電流（「ＡＣ」）エネルギーへ変換する。マイクロインバータ及びパワーオプティマイザは総称的にモジュールレベルパワーエレクトロニクス又はＭＬＰＥと呼ばれることが多い。ＭＬＰＥ技術は、それらのコストが下がってきたことで急速に人気と市場シェアを獲得しつつある。
パワーオプティマイザは各パネルに設置され、通常はパネル自体へ組み込まれる。しかし、パネルサイトにてＤＣ電気をＡＣ電気へ変換する代わりに、ＤＣ電気は、エネルギー損失を最適化して調整され、ストリング・インバータ又は中央インバータへ送られる。この手法は結果的にストリング・インバータ単独よりも高いシステム効率をもたらす。それは更に、個別的又は区分的なパネルがシステム性能に影を落とす影響を低減し、パネル性能監視を提供する。
ＡＣ／ＤＣコンバータは、設置者によって各ソーラーパネルへ接続されることもあれば、モジュール製造者によって従来のソーラージャンクションボックスに取って代って埋め込まれることもある。よって、図８に示されている回路は、より新しいソーラーパネル用のパワーオプティマイザへ、又は通常のソーラーパネル用のジャンクションボックスへ、直接に組み込まれることができる。ソーラーパネルの背面に既に埋め込まれているジャンクションボックスエンクロージャ及びパワーオプティマイザへの回路の組み込みは、更に、水や粉塵の侵入の防護を提供することであろう。そのうえ、ジャンクションボックスは典型的にはＩＰ６７認定されており、それは砂嵐、高温、高湿度の様な過酷条件でも安全な動作を保証するものである。図１３は、パワーオプティマイザ１０２付きカバー、固定基部１０４、バイパスコネクタ１０６、及び標準ジャンクションボックス用カバー１０８を示す説明図である。以上に論じられている様に、図８に示されている回路は、パワーオプティマイザ１０２へ又は固定基部１０４へ直接に組み込まれ、標準ジャンクションボックスカバー１０８によって覆われることができる。
図１４は、パルス信号生成器の回路実装を示す写真である。見てわかるように、図１４は、変圧器、ブリッジ整流器１１４、マイクロコントローラボード１１６、及びブレッドボード１１８上の複数の集積回路及び離散構成要素を含んでいる。回路実装は、図１３のパワーオプティマイザ１０２又は固定基部１０４へ組み込まれることができる。
図１５は、非多孔質の無機粉塵、多孔質の無機粉塵、疎水性の有機粉塵、及び親水性の有機粉塵を含む、試験用に使用された各種粉塵を示す写真である。異なる種類の粉塵は、パルス信号の振幅、位相シフト、及び周波数の異なる組合せを必要とすることが判明した。疎水性を有する被覆１６は、ＥＤＳ１０が最も吸湿性の高い粉塵でさえも洗浄するのに役立つ。
システム及び方法を詳細に説明してきたが、以上の説明はその精神と範囲を限定することを意図していない。本明細書に記載されている本開示の実施形態は単に例示であり、当業者は開示の精神及び範囲から逸脱することなく何れの変形型及び修正型もなし得る、ということが理解されるであろう。以上に論じられているものを含め、すべてのその様な変形型及び修正型は、開示の範囲内に含まれるものとする。特許状によって保護されることを意図するものは付随の特許請求の範囲に示される。
１０ 電気力学的シールド（ＥＤＳ）
１２ 電極
１４ 保護膜
１６ 被覆
１８ 基板
２０ 粉塵粒子
２２ 結晶ソーラーパネル（ＣＳＰ）
２４ 薄膜ソーラーパネル（ＴＦＳＰ）
３２、３４ 電極組
３６ パルス信号生成器
３８ パルス信号生成器
４２、４４、４６、４８ 電極組
５２、５４、５６、５８ パルス信号
６０ ＤＣ電源（ＤＣＰＳ）
６２ パルス化ユニット
６６、６８、７０、７２ パワースイッチングトランジスタ対
７４ 入力
１０２ パワーオプティマイザ
１０４ 固定基部
１０６ バイパスコネクタ
１０８ 標準ジャンクションボックス用カバー
１１４ ブリッジ整流器
１１６ マイクロコントローラボード
１１８ ブレッドボード
Ｆｘ、Ｆｙ ベクトル成分方向
Ｇ 重力
Ｔ 粒子軌道
ＰＶ 正電圧
ＮＶ 負電圧
１２ 電極
１４ 保護膜
１６ 被覆
１８ 基板
２０ 粉塵粒子
２２ 結晶ソーラーパネル（ＣＳＰ）
２４ 薄膜ソーラーパネル（ＴＦＳＰ）
３２、３４ 電極組
３６ パルス信号生成器
３８ パルス信号生成器
４２、４４、４６、４８ 電極組
５２、５４、５６、５８ パルス信号
６０ ＤＣ電源（ＤＣＰＳ）
６２ パルス化ユニット
６６、６８、７０、７２ パワースイッチングトランジスタ対
７４ 入力
１０２ パワーオプティマイザ
１０４ 固定基部
１０６ バイパスコネクタ
１０８ 標準ジャンクションボックス用カバー
１１４ ブリッジ整流器
１１６ マイクロコントローラボード
１１８ ブレッドボード
Ｆｘ、Ｆｙ ベクトル成分方向
Ｇ 重力
Ｔ 粒子軌道
ＰＶ 正電圧
ＮＶ 負電圧
Claims (23)
- 物体の表面を自己洗浄するためのシステムであって、当該システムは、
前記物体の表面へ取り付けられた電気力学的シールドであって、当該電気力学的シールドは基板の上に１つ又はそれ以上の組の電極を含み、前記少なくとも１つ又はそれ以上の組の電極は保護膜内に覆われ、前記保護膜の上面へ被覆が施されている、電気力学的シールドと、
前記１つ又はそれ以上の組の電極へ接続された信号パルス生成器であって、当該信号パルス生成器は、前記１つ又はそれ以上の組の電極に電場を生成させるパルス信号を生成し、前記パルス信号は連続する信号間に位相差を有する複数の異なるパルス信号を備え、前記電場は、前記被覆の上の粒子が静電力を受け前記被覆からはじかれることを引き起こす、信号パルス生成器と、
を備えているシステム。 - 前記システムは活性化サブシステムを更に備え、前記活性化サブシステムは、光強度を求め、前記光強度が既定閾値より下に落ちたときに前記信号パルス生成器を活性化する、請求項１に記載のシステム。
- 前記保護膜は二酸化ケイ素から形成されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記１つ又はそれ以上の組の電極の各電極は、透明な酸化インジウムスズ又はフッ素ドープ酸化スズから形成されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記１つ又はそれ以上の組の電極の前記電極同士は互いに０．１マイクロメートルから１００マイクロメートル離隔されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記１つ又はそれ以上の組の電極の各電極は０．１マイクロメートルから１００マイクロメートルの幅を有している、請求項１に記載のシステム。
- 前記基板は剛性基板又は可撓性基板である、請求項１に記載のシステム。
- 前記物体はソーラーパネルである、請求項１に記載のシステム。
- 前記物体は、窓、車両表面、車両用フロントガラス、又は光学デバイスのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
- 前記被覆は、粉塵のかたまりの形成を軽減するために反射防止性及び疎水性を備えている、請求項１に記載のシステム。
- 前記被覆の表面トポロジーは調整可能である、請求項１に記載のシステム。
- 前記パルス信号生成器が前記１つ又はそれ以上の組の電極の単一の電極組へ接続されているとき、前記パルス信号生成器は定常波パルス信号を使用して電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
- 前記パルス信号生成器が前記１つ又はそれ以上の組の電極の４つの電極組へ接続されているとき、前記パルス信号生成器は進行波信号パターンを使用して電場を生成する、請求項１に記載のシステム。
- 前記パルス信号生成器は、立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのパルス波形で強化されて全体の電力使用量を最適化するとともにより強力な静電力を作り出す、請求項１に記載のシステム。
- 前記パルス信号生成器は複数のスイッチング要素を備えている、請求項１に記載のシステム。
- 前記パルス信号生成器は、粉塵の種類、粉塵の粒子サイズ、及び湿度レベルに基づいて、振幅と周波数を変化させた異なるパルスシーケンスを生成する、請求項１に記載のシステム。
- 前記パルス信号生成器は、前記表面の傾き及び一日の時刻に基づいて、振幅、位相シフト、及び周波数を変化させた異なるパルスシーケンスを生成する、請求項１に記載のシステム。
- 前記パルス信号の振幅は４００ボルトから１０００ボルトの間の範囲にあり、前記パルス信号の周波数は３０ヘルツから１００ヘルツの範囲にある、請求項１に記載のシステム。
- 電気力学的シールドを使用して物体の表面を自己洗浄するための方法であって、当該方法は、
パルス信号生成器によって、基板の上の１つ又はそれ以上の組の電極を通してパルス信号を生成する段階であって、前記少なくとも１つ又はそれ以上の組の電極は保護膜内に覆われていて、前記保護膜の上面には被覆が施されている、パルス信号を生成する段階、を備えており、ここに、
前記パルス信号は前記１つ又はそれ以上の組の電極に電場を生成させ、
前記パルス信号は連続する信号間に位相差を有する複数の異なるパルス信号を備え、
前記電場は、前記被覆の上の粒子が静電力を受け前記被覆からはじかれることを引き起こす、
方法。 - 活性化サブシステムによって、ソーラーセルに到達する光の量である光強度を求める段階と、
前記光強度が既定閾値より下に落ちたときに前記信号パルス生成器を活性化する段階と、
を更に備えている請求項１９に記載の方法。 - 前記パルス信号生成器が前記１つ又はそれ以上の組の電極の単一の電極組へ接続されているとき、前記パルス信号生成器は定常波パルス信号を使用して電場を生成する、請求項１９に記載の方法。
- 前記パルス信号生成器が前記１つ又はそれ以上の組の電極の４つの電極組へ接続されているとき、前記パルス信号生成器は進行波信号パターンを使用して電場を生成する、請求項１９に記載の方法。
- 前記パルス信号の振幅は４００ボルトから１０００ボルトの間の範囲にあり、前記パルス信号の周波数は３０ヘルツから１００ヘルツの範囲にある、請求項１９に記載の方法。
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