JP2021506214A - 自動ソーラーパネルの洗浄 - Google Patents

Abstract

大気水生成器（１０４）を使用してソーラーパネル（１０２）を自動的に洗浄するための方法が提供される。この方法は、大気水生成器（１０４）を使用して水を生成するステップを含む。水は、洗浄操作において使用するために貯蔵され得る。システム（１００）により、ソーラーパネル発電の効率を監視できる。この効率が特定のレベルを下回った場合には、ソーラーパネル（１０２）が汚れていることを示唆している可能性があるため、システム（１００）は、自動的に洗浄操作を開始できる。貯蔵された水は、パイプ（１１８）およびノズル（１２０）を介して汲み上げて、ソーラーパネル（１０２）を洗浄することができる。本システム（１００）では、使用した水を補充するために大気水生成器（１０４）を自動的に開始させることができる。本システム（１００）は、ソーラーパネル（１０２）によって生成された電力の一部分を使用して、洗浄および水生成操作を実行することができる。したがって、自動自給式ソーラーパネル洗浄方法およびシステムが提供される。

Description

本発明は、自動化ソーラーパネルの洗浄、特に、大気水生成を使用した自動化ソーラーパネルの洗浄を提供する。

ソーラーパネルは、太陽光をエネルギー源として吸収することにより電気を生成するために使用される。ソーラーパネルは主に、光起電性（ＰＶ）モジュールを備え、これにより、ソーラーＰＶシステムの光起電性アレイが提供される。典型的には、ソーラーＰＶシステムは、ＰＶモジュールのアレイ、インバータ、バッテリ、または蓄電および配線接続用のバッテリを備える。ソーラーパネルは、太陽エネルギーから電力を供給するために広範囲の産業および住宅用途で使用され、多くの用途では、ソーラーパネルは完全に遠隔領域に存在する。ソーラーパネルの効率は低下し、パネルの埃および染みによる影響を受けるため、特にソーラーパネルの汚れを促進する極端な環境（砂漠など）にさらされることが多い遠隔領域では、洗浄を必要とする。

米国特許第６，１８２，４５３号明細書

遠隔領域でのソーラーパネルは、（ａ）安全性リスクの増大につながり得るロケールでの容認性、（ｂ）洗浄液源（例えば、水）の入手可能性、および（ｃ）パネルを洗浄する人員の稼働率などの複数の問題のために洗浄が困難である。

そのため、上記の難点を克服するために、ソーラーパネルを洗浄する方法が必要とされている。主要な難点は、特に遠隔領域で、パネルを洗浄するための水の入手可能性である。その結果、ソーラーパネルに近い遠隔領域で水が入手可能になり、かつ体系的であり、自動化された方法で人員の干渉なくパネルの洗浄プロセスを実行できる場合、ソーラーパネルの洗浄の問題が解決され得る。本発明は、本明細書に開示されるこれらおよび他の問題を解決するシステムを提供する。

本発明の一実施形態によるシステムの概略図である。 そのシステムによるブロック図を示す。

図１を参照すると、自動ソーラー洗浄（ＡＳＣ）システム１００の実施形態が例解されている。ＡＳＣシステム１００は、複数のソーラーパネル１０２を備える。ソーラーパネル１０２は、ソーラー発電システム（例えば、ソーラーファーム）の一部であり得る。ソーラーパネル１０２は、ある領域内で数百のソーラーパネルが（例えば、複数の列で）一緒にグループ化されている大規模発電システムの一部であり得る。しかしながら、ＡＳＣシステム１００は、より小さい規模のシステム（例えば、屋上用途および商業用および住宅用不動産）に関連して使用することもできる。

ソーラーパネルの配置には、太陽放射の時間および強度、土地の利用可能性など、いくつかの要因が考慮される。したがって、ソーラーパネルは、遠隔地域および／または乾燥した砂漠地域に配置され得る。しかし、ソーラーパネルの定期的なメンテナンスの一環として、ソーラーパネルは、定期的な洗浄を必要とする。ソーラーパネルを設置できる遠隔地域および／または乾燥地域であるため、水源（例えば、地下水、地表水、雨水、都市用水）が利用できない場合がある。したがって、大気中の湿気から直接水分を収集するために、大気水生成器（ＡＷＧ）１０４が提供される。以下でより詳しく論ずるとおり、生成された水を収集して貯蔵し、その後ソーラーパネルの洗浄に使用され得る。

ＡＷＧ１０４は、冷凍サイクルに基づいて作動し、凝縮コイルを使用して、空気中で発見された周囲湿気をコイル上で凝縮させ、水滴を形成させる。ＡＷＧの一例は、Ｆｏｒｓｂｅｒｇの米国特許第号に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。より多くの水が凝縮するにつれて、その液滴が収集され、貯水タンク内に貯蔵される。ＡＷＧ１０４は、ソーラーパネルの洗浄操作のための水生成要件を満たすために、サイズを拡大または縮小してもよい。例えば、大規模なソーラーファームには、大量の水を生成するために、いくつかの大型コンデンサコイルを備える大型ＡＷＧユニットが装備されてもよく、かつ／または複数のＡＷＧユニットは、様々な場所で、ソーラーファームを助けるために使用され得る。

ＡＷＧ１０４には、様々な電子機器およびコンデンサポンプを運転させるための電源を必要とする。したがって、ＡＷＧ１０４は、例えば電線１０６を介してソーラーアレイのソーラーパネル１０２の１つ以上に接続することができる。ＡＷＧ１０４は、作動させるために電力を必要とするため、その電力がソーラーパネル１０２から直接引き出され得る。ソーラーパワーインバータ１０８は、ソーラーパネルによって収集されたエネルギーを、ＡＷＧ１０４に直接電力を供給し、かつ／またはバッテリ１１０を充電するために使用できる電気に変換するために、設けることができる。例えば、ソーラーインバータ１０８では、光起電性ソーラーパネルの可変直流（ＤＣ）出力が交流（ＡＣ）に変換され、これがＡＷＧにより使用され得る。ＡＷＧ１０４はまた、発電のためのそれ自身の専用のソーラーパネル（複数可）を備えてもよく、それにより、ソーラーパネル１０２のアレイの発電システムに結び付ける必要はない。バッテリ１１０は、ＡＷＧ１０４に電力を送達させるために提供される。例えば、ソーラーパネル１０２によって生成される電力は、太陽が輝いている日中に生じる。しかし、曇りの日および／または夜間は、環境空気の湿度が高くなり得るため、ＡＷＧ１０４を作動させるのに最適な時期ではない場合がある。このため、ソーラーパネル１０２が電気を生成しないこうした時間中にＡＷＧ１０４を作動させて水を生成することがより効率的になり得る。バッテリ１１０は、ピーク太陽光発電条件の間にソーラーパネル１０２からの電気を貯蔵でき、充電されたバッテリ１１０は、好ましい大気水生成条件の間の様々な時間（例えば、夜間）に、ＡＷＧ１０４によって使用され得る。

自動水生成器１０４または洗浄操作に使用されないソーラーパネル１０２によって生成される電力は、例えば、通常の発電操作の一部として地域の電力網に送られる。負荷電線１１２は、負荷電力ハンドラユニット１１４に電力を送信ために設けられ、ソーラーパネルによって生成された電力を電力網に送信する。

ＡＷＧ１０４により水が生成された後、水は、ＡＷＧ１０４の内部にあり得、かつ／または外部貯蔵タンクを備え得る貯蔵タンク１１６内に貯蔵され得る。ＡＷＧ１０４は、洗浄操作を実行するために水を供給するために十分なレベルの水が貯蔵タンク１１６内に収集されるまで水を生成するために作動可能である。

パイプ１１８のシステムがＡＷＧ１０４および貯蔵タンク１１６に接続されているため、収集された水は、洗浄のためにソーラーパネル１０２に配向させ得る。スプレーノズル１２０の配列は、各ソーラーパネルユニットに対して提供され得る。ソーラーパネルは典型的には、太陽光をより効率よく捕獲するために任意の角度に傾けられているため、スプレーノズル１２０は、ソーラーパネル１０２の上側に置かれてもよい。したがって、水は、ノズル１２０からソーラーパネル１０２の表面に噴霧されるときに、その水が重力によりソーラーパネルの表面にわたって移動し、下側から滴下する。水の噴霧および／またはソーラーパネル１０２の表面をわたる水の移動は、破片（例えば、塵および／または他の堆積物）をソーラーパネル１０２の表面から除去するために作用する。本システムは、パイプ１１８およびノズル１２０を介して送達される水の圧力を高めることができるポンプ１２２を（例えば、ＡＷＧ１０４の内部または外部に）備えることができる。実際、ソーラーパネルアレイがＡＷＧ１０４よりも高位に置かれる多くの設置では、図１に示すように、ポンプ１２２は、スプレーノズル１２０へのパイプ接続部まで水を上昇させることは不可欠である。任意の配置で洗浄操作のために水圧を提供するためにポンプ１２２を備えることが望ましい場合があるが、特定の配置では、パイプを介して水の重力供給が可能になるように、ＡＷＧ１０４および／または貯蔵タンクを（例えば、ソーラーパネルの平面の垂直上方に）位置付けることができる。特定の配置では、下側の収集システムを使用して、洗浄後にソーラーパネルから滴下する水を収集することができる。その後、収集した水を洗浄して、収集した破片をその水から除去することができる。また、その水を再生してその後の洗浄操作に使用できる。この水を再生することにより、システムに必要なすべての水を生成する、ＡＷＧの必要性に対する負荷を軽減できる。

ＡＷＧ１０４は、飲料水アクセスポート１２４を備えてもよい。ＡＷＧ１０４によって生成された水は大気から直接収集されるため、自然に高品質であり、かつ汚染物質が少ない。したがって、水は、ソーラーパネル場所で作業する人員が飲むために使用できる。このことは、その場所が遠隔であり得ることを考慮すると、緊急事態において特に有用である。

図２を参照すると、制御装置２００は、ＡＳＣシステム１００の様々なシステムの操作を制御することができる。制御装置は、制御装置に関連付けられたプロセッサ内に実装されるか、またはプロセッサ内で実行されるコードによって構成される。制御装置が条件（信号）に応答し、そのプログラミングに基づいてコマンドを実装できるようにする他の従来のハードウェアと同様に、制御装置は従来の設計のメモリを使用する。制御装置２００は、洗浄のためにソーラーパネルに提供されるポンプ１２２を作動させるための電力を提供する信号を提供することができる。例えば、ソーラーパネルは、定期的な時間間隔、例えば３０分ごと、６０分ごと、１２０分ごと、または他の時間間隔で洗浄され得る。これらの間隔は、メモリ内に保存され、制御装置のプロセッサ内に実装されるかまたはプロセッサによって実行されるコードによって参照される。制御装置２００はまた、ソーラーパネル１０２がエネルギーを生成しているかを判断するため（例えば、日中に太陽が外に出ているとき、および／または太陽が雲に隠れていないとき）、また、洗浄操作をソーラーパネル１０２がエネルギーを生成している時間のみに制限するため（例えば、発電レベルが特定のしきい値を超えた場合にのみ洗浄が起こり得る）、パネルに関連付けられたセンサからの信号を介してソーラーパネル１０２の出力を監視することができる。このため、発電していないパネルを洗浄することにより洗浄操作に関連している水および電力が浪費されることはない。制御装置では、検知された信号に関連付けられた値と、保存されたしきい値とを比較して、そのプログラミングに従って、洗浄サイクルを開始するか、抑制するか、または遅延させるかについて判断することにより、こうした監視および洗浄サイクル制限を実行する。本システム（すなわち、本制御装置２００）はまた、制御装置のプロセッサ内に実装されるか、またはプロセッサ内で実行されるコードによって決定されるとおり、洗浄操作の実行を保証するのに十分な（例えば、しきい値レベルを超える）太陽光発電ポテンシャルがあるかを判断するために太陽出力を測定する太陽センサを備えてもよい。

さらに、システムでは、例えば単一のソーラーパネルおよび／またはソーラーセンサーを洗浄するために、ソーラーパネルの一部分のみを操作することにより（例えば、より小さい別個のポンプおよびパイプシステムを作動することにより）、スポット洗浄を実行できる。制御装置は、この場合も実装されるかまたは実行されるコードを使用して、スポット洗浄前（例えば、後で参照するためにメモリに保存され得る）およびスポット洗浄後（ここでも、メモリに保存されているデータを使用して）の電力出力および／または日射レベルを比較して、（雲などの他の要因とは対照的に）汚れによる発電効率の低下を判断する。制御装置のプログラミングにより、比較した結果、洗浄後にしきい値を超える改善があった（すなわち、数学的に改善が有意である）と判断された場合、制御装置は、そのプログラミングに基づいて信号を送信して、ポンプに水を組み上げ、ソーラーパネルの他の部分を洗浄することができる。このシステムでは、発電効率が特定のレベルを下回った場合に、制御装置が洗浄サイクルを開始できるようにする効率しきい値を使用することができる。一例として、制御装置は、ソーラーパネルの発電効率の低下により喪失するエネルギー量と、そのプロセッサ内で実行または実装されているプログラミングを使用して、洗浄操作を実行するために必要なエネルギー量とを比較できる。生成されたエネルギーの喪失（例えば、汚れたパネルによる）が洗浄操作を実行するための電力消費を上回る場合には、制御装置は洗浄サイクルを開始できる。

制御装置２００は、ＡＷＧシステム１０４の操作も制御することができる。例えば、湿度センサでは、大気湿度を測定して、水生成操作にとって効率的である条件の有無を判断できる。一般に、大気湿度が高いほど、ＡＷＧシステム１０４はより効率的に水を生成できる。湿度がしきい値を超える場合、制御装置２００内でのプログラミングにより、ＡＷＧシステム１０４に信号が送信され、水の生成を開始させることが可能になる。特定の条件では、ＡＷＧシステム１０４の操作に関するしきい値は、例えばソーラーパネル１０２の発電効率など、制御装置のプログラミングにおいて考慮される様々な要因に応じて、制御装置２００によって自動的に変更され得る。例えば、ソーラーパネル１０２が非常に汚れている場合には、ソーラーパネルを洗浄する価値は高い。したがって、ＡＷＧ操作に関するしきい値を低下させることにより、大気湿度が比較的低い場合であっても、水を生成させてソーラーパネルを洗浄することができる。一方、ソーラーパネルが高効率で発電している場合（例えば、比較的きれいである場合）、ＡＷＧのしきい値を上げることができるので、洗浄用に水を生成する必要がなくなる。同様に、ＡＷＧ操作しきい値は、貯蔵されている水のレベルに基づいて調整できる。水のレベルが高い場合（例えば、比較的多くの水が確保されている場合）、効率的で良好な条件でのみ、水の生成が起こるようにＡＷＧのしきい値を上げることができ、また、水のレベルが低い場合には（例えば、水の補充に対するニーズが高い場合）、条件が最適以下である場合でも水が生成されるように、しきい値を下げることができる。

さらに、水が豊富（例えば、貯蔵レベルが高い）にあり、かつＡＷＧ条件が良好（例えば、高大気湿度）である場合、水を生成するコストが比較的低いため、制御装置はより頻繁に洗浄操作を開始して、ソーラーパネルが、ピークの性能で発電し続けられるようになる。

制御装置２００は、自動的に洗浄操作を開始することができ、またＡＷＧを自動的に開始させて水を生成することができる。また、システムは、ソーラーパネルによって生成された電力を使用して、プロセッサ内で実行するプログラミングによりさらに作動して、そのように制御装置を構成できるようになる。したがって、本システムは、自己完結型の自動化された方法で作動して、電力を生成し、かつ定期的な洗浄でソーラーパネルを維持できる。制御装置２００は、とりわけ、貯蔵水のレベル、太陽光発電効率、日射レベル、および大気湿度レベルなどの様々なセンサデータを使用して、洗浄システム（例えば、ポンプの運転）および水を生成するためのＡＷＧの操作を制御することができる。さらに、本システムは、気象データ（現在、過去、および／または予測）を使用して、システムの操作を制御できる。例えば、直近で雨が降っている場合、現在雨が降っている場合、または近い将来に雨が降ると予測される場合、ソーラーパネルに降った雨水により、パネルが洗浄されるように作用し得ることを考慮して、雨により水噴霧洗浄を実行する必要がなくなり得るため、制御装置は、洗浄操作を遅らせることができる。

操作の一例として、制御装置２００は、ソーラーパネルによる現在の太陽光発電出力を測定する。現在の太陽光発電出力は、制御装置のプロセッサ内に実装されるか、または本プロセッサにより実行されるプログラミングを使用して、太陽光発電出力の基準レベル（例えば、ソーラーパネルが最近洗浄された後）と比較される。この差が特定のしきい値（メモリから参照）を超え、これによりソーラーパネルが汚れていることが示唆され得る場合、制御装置は次に、水レベルセンサからの信号を読み取ることにより、貯蔵されている水のレベルを判断できる。水のレベルが洗浄操作を実行するのに十分なしきい値を超えている場合、制御装置は、ポンプを操作する信号を送信でき、これによりパイプおよびノズルを介して水を汲み上げてソーラーパネルを洗浄する。洗浄操作を実行するのに水が十分でない場合、制御装置は、ＡＷＧに信号を送信して水の生成を開始できる。また、これは制御装置内のプログラミングのすべての機能であり、従来の方法でこのようなデータを参照して、この特定の用途の新規機能を実行するコードを使用して、保存データ、検知データ、補間または外挿データの比較に応答することが理解される。十分な量の水が生成されると、制御装置は、ＡＷＧの水生成操作を終了して、ポンプを開始し、洗浄操作を始めることができる。洗浄操作の継続時間は、例えば、その後、制御装置が洗浄操作を停止できる時間間隔とすることができる。ＡＷＧの操作は、予想される、洗浄のために必要とされる水に基づくものでもあり得、これにより、制御装置がＡＷＧを開始して、洗浄操作前に水が生成され、必要に応じて洗浄を実行できるようになる。

上述の主題は、単に例示として提供されており、限定されるものと解釈されるべきではない。例解され、記載された例示的な実施形態および用途に従うことなく、かつ、以降の特許請求の範囲に記載されている本発明の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が、本明細書に記載された主題に対して行われ得る。

とりわけ、説明または例示された要素のいくつかまたはすべての交換により、他の実装形態が可能であるように、上記の図および例は、本出願の範囲を単一の実装形態に限定することを意味するものではない。さらに、既知の構成要素を使用して本出願の特定の要素が部分的または完全に実装され得る場合、本出願の理解に必要なそのような既知の構成要素のそれらの部分のみを説明し、そのような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、本出願を不明瞭にしないように省略されている。本明細書では、単一の構成要素を示す実施態様は、本明細書において特に明記しない限り、複数の同じ構成要素を含む他の実施態様に必ずしも限定される必要はなく、逆もまた同様である。さらに、本出願人らは、そのようなものとして明示的に記載されていない限り、本明細書または特許請求の範囲における用語が一般的でない意味、または特殊な意味に属することを決して意図していない。さらに、本出願は、例示として本明細書において言及される既知の構成要素の現在の既知の等価物、および将来既知になる等価物を包含する。

特定の実施態様のこれまでの説明は、本出願の一般的性質を完全に明らかにしているので、他者は、関連技術分野（参照により本明細書において引用されて組み込まれる文献の内容を含む）の技能に収まる知識を適用することにより、様々な出願に関して、このような特定の実施態様を、過度の実験を行うことなく、本出願の一般的なコンセプトから逸脱することなく、容易に変更する、および／または適合させることができる。したがって、このような適合化および変更は、開示される実施態様の等価物の意味および範囲に、本明細書において提示される教示および指針に基づいて含まれるものとする。本明細書における表現または専門用語は、説明目的であり、限定するものではないので、本明細書の専門用語または表現は、当業者により、本明細書において提示される教示および指針に照らして、関連技術分野の当業者の知識と組み合わせて解釈されるべきであることを理解されたい。図面に説明または例示される寸法は、１つの例に応じて例示されており、他の寸法を本発明から逸脱することなく使用することができることを理解されたい。

本出願の様々な実施態様を上に説明してきたが、これらの実施態様は、限定ではなく例として提示されていることを理解すべきである。関連技術分野の当業者には、形態および詳細の様々な変更を本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく行うことができることは明らかであろう。したがって、本出願は、上に説明した例示的な実施態様のうちのいずれによっても限定されるべきではない。

１００ ・・・自動ソーラー洗浄（ＡＳＣ）システム１００
１０２ ・・・ソーラーパネル
１０４ ・・・大気水生成器（ＡＷＧ）
１０６ ・・・電線
１１０ ・・・バッテリ
１１２ ・・・負荷電線
１１４ ・・・負荷電力ハンドラユニット
１１６ ・・・貯蔵タンク
１１８ ・・・パイプ
１２０ ・・・スプレーノズル
１２２ ・・・ポンプ
１２４ ・・・飲料水アクセスポート
２００ ・・・制御装置

Claims (6)

1. 大気水生成器を使用してソーラーパネルを自動的に洗浄するための方法であって、
   前記大気水生成器を使用して水を生成するステップと、
   前記大気水生成器によって生成された前記水を貯蔵するステップと、
   発電効率の低下を判断するために、前記ソーラーパネルによって生成される電力の効率を監視するステップと、
   太陽光発電効率の前記低下を太陽光発電のしきい値と比較するステップと、
   太陽光発電効率の前記低下が前記太陽光発電のしきい値を超えていると判断されたときに、洗浄操作を開始するステップと、
   前記貯蔵された水をパイプおよびノズルのシステムを介して送達し、前記ソーラーパネルの表面に前記水を噴霧して、前記ソーラーパネルを洗浄するステップと、を含む、方法。
2. 前記大気水生成器を使用して水を生成するステップが、
   太陽光発電効率の前記低下を大気水生成操作の消費電力と比較するステップと、
   太陽光発電効率の低下が前記水生成操作の消費電力を上回ると判断されたときに、前記大気水生成器を作動させて水を生成するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記大気水生成器を使用して水を生成するステップが、洗浄操作の前に起こる、請求項１に記載の方法。
4. 日射レベルを測定するステップと、
   前記日射を日射量のしきい値と比較するステップと、を含み、
   前記日射レベルが前記日射しきい値を超えていると判断されたときに、前記洗浄操作が開始される、請求項１に記載の方法。
5. 前記方法が、
   貯蔵された水の量を測定するステップと、
   貯蔵された水の前記測定された量と水のしきい値とを比較するステップと、をさらに含み、
   貯蔵された水の前記測定された量が前記水のしきい値を超えていると判断されたときに、前記洗浄操作が開始される、請求項１に記載の方法。
6. 前記方法が、
   大気湿度レベルを測定するステップと、
   前記測定された大気湿度レベルと湿度しきい値とを比較するステップと、をさらに含み、
   前記測定された大気湿度レベルが前記湿度しきい値を超えていると判断されたときに、前記水の生成が開始される、請求項１に記載の方法。

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