JP5990054B2

JP5990054B2 - 太陽光発電パネル洗浄装置

Info

Publication number: JP5990054B2
Application number: JP2012158994A
Authority: JP
Inventors: 孝一中川
Original assignee: PROTRUST CO., LTD.
Current assignee: PROTRUST CO., LTD.
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: WO2014013767A1; JP2014022524A; US20150244311A1

Description

本発明は、屋根などに設置された太陽光発電パネルを洗浄するための装置に関するものである。

近年、環境意識の高まりから排気ガス等の公害を発生することのないクリーンな発電方法として様々な方法が注目されている。そのなかでも、太陽光発電は政府の補助金制度の推進もあり一般住宅等へ導入もしやすくなり、太陽光発電パネルを設置する家庭が増加する傾向にある。

しかし、太陽光発電パネル（以下、単にパネルという）は屋根の上等の屋外に設置されるため、時間の経過と共に徐々に汚れ（塵埃、花粉、黄砂、また、設置した地域により火山灰等）が付着、堆積してしまい、さらに雨が降った後はパネル表面が濡れているため、汚れが一層付着しやすくなってしまう。このようにパネルの表面が汚れた状態のままでは太陽光の透過率が減少し、パネルの発電効率が著しく低下してしまうという問題が生じる。そこで、常に十分な発電量を確保するためパネル表面の定期的な洗浄作業が必要となるが、定期的に人が屋根に上がって洗浄作業を行うことは危険であるばかりか作業も行い難く、結局、コストのかかる専門業者に依頼しなくては対応が困難であった。

このような問題を解決するため、太陽光発電パネルの清掃装置として種々の提案がされている。例えば、特許文献１には、屋根に配設されたパネルに沿って移動する台車８を設け、この台車８にパネルの表面を清掃する清掃体１７を装備させた装置が提案されている。この台車８はパネルの幅と同じ長さの幅を有し、台車８に装備された清掃体１７はパネルの幅方向を左右移動しながら清掃し、さらに台車８はパネル表面に沿って上下移動可能に設けられている。台車８の上下移動は、台車８に取付けたワイヤ１５を屋根上部からモーター１６で巻取ったり、巻戻すことで行っており、台車８の左右両端に設けられたガイド車輪１０が給水管４をガイドレールとして走行している。

特開２００４−１８６６３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている装置は、作業者が屋根に上る必要もなく容易に清掃ができるものの、以下のような問題が発生してしまう。まず、清掃体を装備した台車を屋根の傾斜面に沿って上下移動させる際、モーターやワイヤの巻取り巻戻しによる動作音や振動が生じてしまう。さらに、台車の車輪がガイドレールに沿って移動するため、騒音や振動に加え、ガイドレールの磨耗、錆び、ゴミの巻込等の問題も起こってしまう。また、台車がワイヤによってのみ支持されているので強風の影響による落下の危険性もあり、更には停電時に落下する可能性も考えられる。また、ワイヤは常に風雨にさらされているため劣化しやすく、美観も損なわれてしまう。

さらに、上下移動する台車に、清掃体（ブラシ）を横移動させるためのモーター、清掃体を回転させるためのモーター、及び、制御装置等を装備させているため、台車自身の重量が増大し屋根へ負荷がかかってしまうだけでなく、台車内及び台車の外部への配線などが必要となり装置自体が複雑となってしまう。そのため、台車からその外部への配線が見えることとなり見栄えも悪くメンテナンスも大変なものとなる。また、台車がパネルの一部を覆うような形になるので、パネルの発電効率が低下してしまうなどの問題もあった。

そこで本発明は、これらの問題点を解決すべくなされたもので、洗浄作業中の振動や動作音を抑え、配線等の複雑な構成を簡素化して見栄えも良く、メンテナンスも容易な洗浄装置を提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するため請求項１に係る発明は、太陽光発電パネルの上端及び下端に沿ってそれぞれ設けられる上下一対の固定ガイドレールと、前記上下一対の固定ガイドレール上に載架するようにして水平方向に移動可能に設けられる左右一対の移動ガイドレールを備えた移動フレームと、前記左右一対の移動ガイドレールに該移動ガイドレールの軸方向に沿って上下方向に移動可能に設けられる清掃体とからなり、前記清掃体の上下方向移動と該清掃体を備えた前記移動フレームの水平方向移動によってパネル全面の洗浄を可能とする太陽光発電パネルの洗浄装置であって、前記移動フレームの一方の移動ガイドレールに所定間隔をあけて複数設けられる駆動側磁気部材と該駆動側磁気部材と所定間隔をあけて対向するように前記清掃体に設けられる従動側磁気部材とからなり、前記一方の移動ガイドレールの回転運動を前記清掃体の上下方向の往復運動へ伝達する第１の非接触動力伝達機構を備えることを特徴としている。

また、請求項２に係る発明は、前記上下一対の固定ガイドレールの一方の固定ガイドレールに沿って設けられた軸状部材に所定間隔をあけて複数設けられる駆動側磁気部材と、前記移動フレームの左右一対の移動ガイドレールのそれぞれの一端を連結するフレームに設けられ前記軸状部材の駆動側磁気部材と所定の間隔をあけて対向位置する従動側磁気部材とからなり、前記軸状部材の回転運動を前記移動フレームの水平方向の往復運動へ伝達する第２の非接触動力伝達機構を備えることを特徴としている。

また、請求項３に係る発明は、前記第１の非接触動力伝達機構の駆動側磁気部材が設けられた一方の移動ガイドレールは、前記駆動側磁気部材が設けられている部分の外径と前記駆動側磁気部材が設けられていない部分の外径とが等しく、その外周面が平坦に形成されていることを特徴としている。

また、請求項４に係る発明は、前記上下一対の固定ガイドレールの一方の固定ガイドレールの上方には該固定ガイドレールに沿って給水管が設けられ、前記給水管には所定間隔をあけて複数の給水バルブが設けられ、前記清掃体には該清掃体に設けられた給水タンクに連通する給水口が設けられ、前記給水口は前記清掃体が前記給水管近傍まで移動した状態で前記給水バルブと接続可能な位置に設けられていることを特徴としている。

また、前記清掃体は該清掃体が上下方向に移動する際に前記パネル表面に接触しながら回転する清掃部材と、前記給水タンクから前記清掃部材と接触する前記パネル表面に向けて水を噴射する噴射ノズルと、前記パネル表面に摺接するワイパーとが設けられている。

さらに、前記移動フレームには第１モーターが設けられ、前記第１モーターによる前記一方の移動ガイドレールの軸心を中心とした回転により前記清掃体は上下方向に移動すると共に、この上下方向の移動に伴って前記清掃体の清掃部材が回転することを特徴としている。また、前記第１モーターの回転軸には円筒状の磁気部材が前記一方の移動ガイドレールの一端側の駆動側磁気部材と所定の間隔をあけて対向して設けられ、前記第１モーターの磁気部材と、前記一方の移動ガイドレールの一端側の駆動側磁気部材と、からなる第３の非接触動力伝達機構によって、前記第１モーターのトルクが前記一方の移動ガイドレールの回転運動へ伝達されている。さらに、前記移動フレームに設けられる第１モーターは非接触充電装置によって充電されている。

また、前記一方の固定ガイドレールには、前記軸状部材を軸心中心に回転させる第２モーターが設けられ、前記第２モーターの回転軸には円筒状の磁気部材が前記軸状部材の一端側の駆動側磁気部材と所定の間隔をあけて対向して設けられ、前記第２モーターの磁気部材と、前記軸状部材の一端側の駆動側磁気部材と、からなる第４の非接触動力伝達機構によって、前記第２モーターのトルクが前記軸状部材の回転運動へ伝達されている。

また、下側の固定ガイドレールはパネル下端から所定間隔をあけて取付けられていると共に、上側の固定ガイドレールもパネル上端から所定間隔をあけて取付けられている。

請求項１記載の太陽光発電パネルの洗浄装置によれば、清掃体が上下方向に移動すると共に清掃体を備えた移動フレームが水平方向に移動するため、パネル全面を洗浄ムラがなくきれいに仕上げることができる。また、一方の移動ガイドレールの回転運動を清掃体の上下方向の往復運動へ伝達する第１の非接触動力伝達機構を備えているので、上下移動する清掃体自身に上下移動のためのモーターや制御基盤等が不要となり清掃体が軽量化されると共に、清掃体と移動フレーム間の配線が不要となり構成が簡素化され、見栄えも良くメンテナンスも容易なものとなる。さらに、非接触動力伝達機構、すなわち一方の移動ガイドレールに設けられた駆動側磁気部材と清掃体に設けられた従動側磁気部材とが非接触なので、清掃体の上下移動の際（すなわち洗浄作業中）の動作音や振動が減ると共に、移動ガイドレールの磨耗やゴミも巻き込みもなくなる。

また、請求項２記載の太陽光発電パネルの洗浄装置によれば、軸状部材の回転運動を移動フレームの水平方向の往復運動へ伝達する第２の非接触動力伝達機構を備えているので、水平方向移動する移動フレーム自身に左右移動用のためのモーターや制御基盤等が不要となり移動フレームが軽量化されると共に、移動フレームと軸状部材間の配線も不要となり構成が簡素化され、見栄えも良くメンテナンスも容易なものとなる。また、非接触動力伝達機構、すなわち軸状部材に設けられた駆動側磁気部材と移動フレームに設けられた従動側磁気部材が非接触なので、移動フレームの水平（左右）方向移動の際の動作音や振動が減ると共に、移動フレーム及び軸状部材の磨耗やゴミの巻き込みもなくなる。

また、請求項３記載の太陽光発電パネルの洗浄装置によれば、駆動側磁気部材が設けられた一方の移動ガイドレールの外周面が平坦に形成さているため、この一方の移動ガイドレールは、清掃体を上下移動させる駆動側磁気部材を設けた駆動レールとしての機能と共に、清掃体を案内する案内レールとしての機能も備え、この２つの機能を１つのレールで実現させることで、美観を損ねず軽量化も図られている。

また、請求項４記載の太陽光発電パネルの洗浄装置によれば、上下一対の固定ガイドレールの一方の固定ガイドレールの上方には該固定ガイドレールに沿って給水管が設けられ、給水管には所定間隔をあけて複数の給水バルブが設けられ、清掃体には該清掃体に設けられた給水タンクに連通する給水口が設けられており、この給水口は清掃体が給水管近傍まで移動した状態で前記給水バルブと接続されることにより、給水管から清掃体の給水タンクに水が供給可能となる。よって、洗浄作業中のみ給水タンクに水が供給及び貯留されることとなり、洗浄作業時以外の待機時などに給水タンクは空となり屋根への重量負担が極力抑えられている。また、給水管から清掃体への給水用ホース等が不要となり見栄えも損なわれない。

さらに、清掃体はパネル表面に接触しながら回転する清掃部材と、給水タンクから清掃部材と接触するパネル表面に向けて水を噴射する複数の噴射ノズルと、パネル表面に摺接するワイパーとからなり、この清掃体が上下方向に移動すると共に清掃体を備えた移動フレームが水平方向に移動するため、パネル全面をムラなくきれいに洗浄することができる。

また、移動フレームには第１モーターが設けられ、第１モーターの駆動によって清掃体の上下移動と清掃部材の回転とが可能となるため、清掃体に清掃部材回転用のモーター等の電気機器を搭載する必要がなく、清掃体の軽量化を図ることができる。

さらに、第１モーター及び第２モーターの駆動力の伝達に関しても磁気部材を利用した非接触動力伝達機構が用いられているので、清掃体や移動フレームの移動中の動作音や振動が抑えられると共に、構成が簡素化され見栄えも損なわれない。さらに、移動フレームと共に移動する第１モーターは非接触充電装置によって充電されるので、第１モーターや非接触充電装置などの電気制御部を完全にカバーなどで隔離可能にでき、配線が外部に露出せず見栄えが良いだけでなく安全なものとなる。

また、下側の固定ガイドレールはパネル下端から所定間隔をあけて取付けられていると共に、上側の固定ガイドレールもパネル上端から所定間隔をあけて取付けられているため、清掃体は待機時や給水時なども常にこの所定間隔あけられた固定ガイドレールとパネルの間に位置し、清掃体によってパネルへの光が遮られないように設計されている。

このように、本発明に係る太陽光発電パネルの洗浄装置によれば、各所の動力の伝達に非接触の磁気的な噛み合い（吸引と反発の力）による非接触動力伝達機構をそれぞれ用いているため、動作音や振動がほとんど生じず、発電していない夜間などに洗浄作業が可能となり、定期的にパネル表面を自動洗浄することで発電効率の低下を防ぎパネルの電力量を確保できる。また、非接触動力伝達機構に雨、砂、ゴミ（枯葉等）などが挟まっても動力伝達可能であると共に、金属製の接触するレールで必要となる給油作業なども不要となる。さらに、洗浄作業中に移動する清掃体や移動フレームに配線が不要であったりまたは配線が露出しないように構成されているので、メンテナンスも容易なものとなり、機能性とデザイン性とを備えたものとなる。

本発明に係る太陽光発電パネル洗浄装置の全体斜視図。移動フレームの全体斜視図。移動フレームと固定ガイドレール（下側）との接合部分の斜視図。移動フレームと固定ガイドレール（上側）との接合部分の斜視図。図４の一部拡大図。清掃体の斜視図。清掃体の側面図（パネル表面を下降する場合）。第１及び第２の非接触動力伝達機構の説明図。第３及び第４の非接触動力伝達機構の説明図。

以下、本発明に係る太陽光発電パネルの洗浄装置（以下、洗浄装置という）の実施の形態を図面に基づき説明する。洗浄装置は、屋根に設置された太陽光発電パネル（以下、パネルという）に対して取付けられる。本実施形態の洗浄装置は、パネルの設置時のみならず、既に設置した後のパネルにも後から取付けることが可能である。図１に示したように、本実施形態の洗浄装置１は、傾斜する屋根Ｌに設置されたパネルＰの上下にそれぞれ平行に設けられた上下一対の固定ガイドレール２，３と、固定ガイドレール２，３に載架するようにして左右移動可能に取付けられた移動フレーム４と、移動フレーム４に対して上下移動可能に設けられた清掃体５と、上側の固定ガイドレール２の上方に該固定ガイドレール２と平行に設けられた給水管７とから概略構成されている。

前記移動フレーム４は、長方形の枠状に形成され、前記上下一対の固定ガイドレール２，３上にパネルＰの傾斜面と平行に左右方向に移動可能に載架されており、左右一対の移動ガイドレール１１，１２と、移動ガイドレール１１，１２の上端を繋ぐ上側フレーム１３と、移動ガイドレール１１，１２の下端を繋ぐ下側フレーム１４とから構成されている。詳しくは、図２の斜視図で示したように左側の移動ガイドレール１１は、上側フレーム１３及び下側フレーム１４のそれぞれの左端上面に設けられた軸受け部２５ａ，２５ｂに回転可能に取付けられていると共に、右側移動ガイドレール１２は、上側フレーム１３及び下側フレーム１４のそれぞれの右端上面に設けられた軸受け部２６ａ，２６ｂに固定されている。また、上側の各軸受け部２５ａ，２６ａの下方にはガイドレール受２７ａ，２７ａがそれぞれ設けられ、下側の各軸受け部２５ｂ，２６ｂの下方にも同様にガイドレール受２７ｂ，２７ｂがそれぞれ設けられている。ガイドレール受２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂには、前記固定ガイドレール２，３に嵌るように断面円状に凹部２８，２８，・・・がそれぞれ形成され、この凹部２８，２８，・・・の内部には樹脂製のベアリングが取付けられている。また、上側フレーム１３の長手方向略中央には、下方に向けてＴ字型の磁石取付板１６が上側フレーム１３と平行に設けられ、磁石取付板１６の下側フレーム１４に対向する側に板状の磁気部材である磁石プレート１７が取付けられている。さらに、下側フレーム１４の左端にはステッピングモーターである第１モーター２０が取付部材２１により設けられ、図３に示すように第１モーター２０には円筒状の磁気部材２２が設けられている。この第１モーター２０により、左側移動ガイドレール１１が自身の軸心を中心に回転することができる。また、左側移動ガイドレール１１には所定間隔で円筒状の磁気部材１１ａが取付けられ、その外周面に段差ができないよう各磁気部材１１ａ間を樹脂１１ｂにより平坦面に仕上げ移動ガイドレール１１は円筒状に形成されている。さらに、右側移動ガイドレール１２には所定間隔（たとえば５０ｃｍ）をあけて、清掃体５の通過を検知する清掃体位置センサー（図示せず）が埋め込まれている。

前記上下一対の固定ガイドレール２，３は、長手状のレールでパネルＰの幅よりわずかに長く設定されており、複数のパネルサポート６，６，６，・・・によって、パネルＰの上端及び下端にそれぞれに平行に取付けられている。下側の固定ガイドレール３は、パネルＰ下端の傾斜下方側に所定間隔をあけてパネルＰに沿って平行に取付けられている。図３は、下側の固定ガイドレール３と前記移動フレーム４との接合部分の斜視図である。下側固定ガイドレール３は、断面Ｌ型の土台フレーム３０の上にガイドフレーム３１が固着され、ガイドフレーム３１はその下側縁から長手方向に沿って凸条ガイド部３１ａがガイドフレーム３全長に亘って突設されている。この凸条ガイド部３１ａに前記移動フレーム４のガイドレール受２７ｂ，２７ｂが嵌り移動フレーム４は左右方向に摺動可能となる。

上側の固定ガイドレール２は、パネルＰ上端の傾斜上方側から所定間隔をあけてパネルに沿って平行に取付けられている。図４は、上側固定ガイドレール２と移動フレーム４との接合部分の斜視図で、図５はその拡大図である（図５において、説明の便宜上、移動フレーム４の上側フレーム１３を網かけ表示で示した）。上側固定ガイドレール２は、図５に示すように、断面Ｌ型の土台フレーム３４の上にガイドフレーム３５が固着され、ガイドフレーム３５はその上側縁から長手方向に沿って凸条ガイド部３５ａが上側固定ガイドレール２の全長に亘って突設されている。この凸条ガイド部３５ａに前記移動フレーム４のガイドレール受２７ａ，２７ａが嵌り移動フレーム４は左右方向に摺動可能となる。また、土台フレーム３４の両端に側板３７，３７がそれぞれ設けられ、この側板３７，３７間に軸状部材３８が回転可能に設けられている。軸状部材３８には所定間隔で円筒状の磁気部材３８ａがその外周に取付けられている。ここで、軸状部材３８に対向するようにして前記移動フレーム４の磁石プレート１７が位置している。また、上側固定ガイドレール２の左端（図５の手前側）には、ステッピングモーターである第２モーター４０が取付部材４１により設けられている。第２モーター４０には円筒状の磁気部材４２が設けられており、この第２モーター４０によって軸状部材３８が自身の軸心を中心に回転することができる。また、上側固定ガイドレール２には所定間隔（例えば１ｍ）をあけて、移動フレーム４の通過を検知する移動フレーム位置センサー（図示せず）が設けられている。

前記清掃体５は、図４及び図６に示すように移動フレーム４の左右一対の移動ガイドレール１１，１２間に位置し、詳しくは、左右一対の移動ガイドレール１１，１２に挿通されるようにして移動フレーム４上をパネルＰ表面に沿って上下方向に移動しながらパネルＰを洗浄する装置である。ここで、図６においては左側が屋根Ｌの傾斜面上方側である。清掃体５は、その左右両端それぞれに移動ガイドレール１１，１２が挿通される孔５１ａが形成されたレール受５１，５１が設けられ、レール受５１の孔５１ａの内側すなわち移動ガイドレール１１，１２と接する部分には樹脂製のベアリング（図示せず）がそれぞれ設けられている。そして、レール受５１，５１には、後述する各洗浄部品を覆うカバー５０を支持する支持フレーム５２，５２がそれぞれ固着されている。支持フレーム５２はレール受５１の上方から、レール受５１の前後を覆うように側面視下向コ字状に下方へ屈曲し、さらに、移動ガイドレール１１，１２と平行に前後へそれぞれ屈曲して延設されている。この支持フレーム５２，５２上すなわち、左右一対の移動ガイドレール１１，１２間に、カバー５０が覆設されている。また、清掃体５の左側移動ガイドレール１１の表面上側に対向する位置には板状の磁気部材である磁石プレート６４が設けられている。磁石プレート６４は、移動ガイドレール１１に設けられた磁気部材１１ａ，１１ａの間隔より長く設定されており、移動ガイドレール１１と平行に僅かに間隔をあけて設けられている。また、レール受５１，５１間には回転軸（図示せず）が設けられ、この回転軸の両端には一対のゴムタイヤ５４，５４が設けられ、さらにゴムタイヤ５４，５４間には清掃部材であるロールブラシ５５が設けられている。ゴムタイヤ５４，５４及びロールブラシ５５は、共に回転軸と同軸上であって回転軸と一体に回転するように設けられている。ゴムタイヤ５４の径はパネルＰ上を移動する際にパネルＰに接する大きさに設定され、ロールブラシ５５の径はゴムタイヤ５４の径より僅かに大きく設定されている。また、ロールブラシ５５の傾斜面上方側には、給水タンク５７が設けられている。給水タンク５７は、後述する給水管７からの水をカバー５０上端の中央に設けられた給水口６０を介して一時貯留するものである。そして、給水タンク５７の底には、噴射ノズル５８が給水タンク５７の幅方向に複数配設されており、給水タンク５７に水が貯留され始めると噴射ノズル５８から水が噴射される。噴射ノズル５８はその先端に扇形の噴射口５８ａを備えており、ロールブラシ５５が接触しているパネルＰの幅全体に、水が噴射されるようになっている。さらに、清掃体５の上端縁にはワイパー６２がその下端をパネルＰに密着させるように下方に向けて設けられており、ワイパー６２の幅はロールブラシ５５の幅より大きく清掃体５と略同じ幅である。

前記給水管７は、図１に示すように上側の固定ガイドレール２の上方に、該固定ガイドレール２と平行に設けられており、その基端は、建物の壁などに沿って地上等に下り、開閉電磁バルブ７２を介して水道管につなげられている。さらに、開閉電磁バルブ７２より先には、水抜電磁バルブ、及び、水抜き排水管等（図示せず）が設けられている。また、給水管７にはパネルＰ上端に沿って給水ノズル７０，７０，・・・が所定間隔あけるようにして複数設けられており、各給水ノズル７０，７０，・・・は傾斜面下側にその先端を向け、先端に前記清掃体５の給水口６０と接合可能な給水バルブ７１が設けられている。給水バルブ７１内にはスプリングによって挿入自在の弁棒が設けられ、前記清掃体５の給水口６０と接続したときにのみ弁棒が給水バルブ７１内に挿入されることで、弁棒の先端に設けられた弁体が開放され通水可能となり、給水管７から給水バルブ７１及び給水口６０を介して清掃体５の給水タンク５７へと水が供給される。また、各給水ノズル７０，７０，・・・の間隔は、前記移動フレーム４が横移動を一回する際の距離（例えば１ｍ）に設定されている。

また、前述した各モーターや電磁バルブなどを制御するための制御盤（図示せず）が軒下等の任意の位置に設けられていると共に、屋内の壁面などにはコントローラーが取付けられることとなる。そして、制御盤は手動あるいはタイマ設定による屋内コントローラからの洗浄開始等の信号を受信すると、各種制御信号をモーターや電磁バルブ等に送り各装置の制御、すなわち、第１モーター２０及び第２モーター４０の駆動制御や電磁バルブの開閉制御を行う。また、制御盤は洗浄作業中、移動フレーム４の左側ガイドレール１１及び上側固定ガイドレール２に設けられた位置センサにより、清掃体５及び移動フレーム４の位置確認を行いながら第１モーター２０及び第２モーター４０の制御を行うことで、清掃体５を縦横に移動させて洗浄作業を行っている。洗浄作業が終了すると、制御盤は開閉電磁バルブ７２及び水抜電磁バルブの開閉制御を行い水抜き操作も行う。

次に、このように構成された洗浄装置１を用いたパネルＰの洗浄動作について説明する。ここで、通常、移動フレーム４は左端に位置し、清掃体５は下端、すなわち、パネルＰ下端と下側固定ガイドレール３の間に位置している（以下、この位置を清掃体５の初期位置という）。また、洗浄作業の前に洗浄水用上水の蛇口を開けておく。そして、屋内コントローラで手動によって洗浄作業を開始させる。あるいはタイマー設定により自動的に洗浄を開始させる。洗浄作業が開始されると、洗浄水の開閉電磁バルブ７２が開くと共に、清掃体５が初期位置から移動フレーム４の上方へ移動する。清掃体５が移動フレーム４の上端位置まで移動すると、清掃体５の給水口６０が給水管７の左端の給水バルブ７１と接合し、給水管７から清掃体５の給水タンク５７へタイマーで設定された時間だけ洗浄水が供給される。そして、給水完了後、清掃体５が移動フレーム４に沿って下方へ移動する。このとき、清掃体５は下方へ移動しながらパネル表面の洗浄を行う（図７）。具体的には、給水タンク５７から噴射ノズル５８を介して、ロールブラシ５５と接触するパネルＰ表面に向けて洗浄水が噴射され、ロールブラシ５５で汚れを浮き上げつつ、ワイパー６２で除水を行う。そして、清掃体５は移動フレーム４下端まで移動したら、再度上方へ移動しながらワイパー６２で水を拭き上げ移動フレーム４の上端まで移動する。ここで、清掃体５がパネルＰ表面を移動する際に、ゴムタイヤ５４がパネルＰ表面に接触しながら回転することで同軸上のロールブラシ５５も回転力が伝達され回転することとなる。そして、清掃体５の上下移動中においては、ロールブラシは圧縮された状態で表面に接触する（図７）と共に、扇型噴射口５８ａ，５８ａ，・・により洗浄水がオーバーラップしてパネルＰ面に均一に噴霧され十分な洗浄力が得られ、パネルＰは洗浄ムラもなくなる。また、前記した給水タンク５７への給水時間は、清掃体５が下方へ移動する際に噴射する分の容量を貯留できるだけの時間を設定すればよい。さらに、清掃体の上下移動中、右側移動ガイドレール１２の清掃体位置センサは清掃体５の位置の検知を行っている。

このようにして、清掃体５は、上下移動すなわち洗浄作業を設定された任意の回数分繰り返して行う。そして、清掃体５の上下移動による洗浄作業が終了したら、清掃体５はパネルＰ下端と下側固定ガイドレール３の間で一時停止し、停止した状態のまま、移動フレーム４ごと右側へ所定距離スライドする。所定距離とは、先ほどの上下移動洗浄時の洗浄可能域の幅一つ分であって、例えば１ｍである。この移動フレーム４の横移動の際、上側固定ガイドレール２の移動フレーム位置センサが移動フレーム４の位置の検知を行っている。そして、前述した上下移動の動作と同様に、清掃体５は上方へ移動し、今度は左から２番目の給水バルブ７１より給水した後、上下移動しながら洗浄作業を行い、終わったらまた移動フレーム４は右へ移動する。このようにして、上下移動、すなわち洗浄作業と横移動を繰り返すこととなる。そして、パネルＰ全面の洗浄作業が終了すると、清掃体５は初期位置まで移動し停止する。最後に、開閉電磁バルブを閉め、水抜きバルブを開閉し、凍結防止のため洗浄パイプから残留水の水抜きを行い、屋内コントローラにて洗浄作業の終了を確認して作業が完了となる。

ここで、清掃体５の移動フレーム４に対する上下移動の方法について詳しく説明する。清掃体５の上下移動には、移動フレーム４の左側移動ガイドレール１１に設けられた円筒状の磁気部材１１ａと、清掃体５に設けられた磁石プレート６４との吸引及び反発を利用した非接触動力伝達機構を用いている。図８に示したように、移動ガイドレール１１に複数設けられた円筒状の磁気部材１１ａ，１１ａ・・・は、それぞれ螺旋状（斜状）に磁極のＮ極とＳ極とが交互に設けられており、そのＮ極とＳ極は等間隔に配置されている。また、磁石プレート６４（板状磁気部材）は、磁気部材１１ａの磁極と対応するようにして同じ間隔でＮ極とＳ極とが交互に傾斜して配置されている。そして、駆動源である第１モーター２０により移動ガイドレール１１をその軸心中心に回転させると磁気部材１１ａの磁極がそれぞれ累進したようになる。よって磁気部材１１ａと磁石プレート６４との間に作用する磁力により、磁石プレート６４を備えた清掃体５が移動ガイドレール１１，１２の長手方向に沿って移動することとなる。また、左側ガイドレール１１の回転方向を逆にすると、累進方向が逆向きとなるため、磁石プレート６４を備えた清掃体５の移動方向も逆方向となる。以上のように、磁石の吸引及び反発を利用して左側移動ガイドレール１１の回転運動を清掃体５の上下往復運動へと動力の伝達をしている（第１の非接触動力伝達機構）。ここで、左側移動ガイドレール１１の円筒状の磁気部材１１ａが請求項１における駆動側磁気部材、清掃体５の磁石プレート６４が請求項１における従動側磁気部材に相当している。

次に、清掃体５を備えた移動フレーム４の左右移動の方法について説明する。移動フレーム４の移動も前述した非接触動力伝達機構が用いられており、図８に示したように、軸状部材３８に複数設けられた円筒状の磁気部材３８ａは、それぞれ螺旋状に磁極のＮ極とＳ極とが交互に設けられており、そのＮ極とＳ極は等間隔に配置されている。また、移動フレーム４の磁石プレート１７（板状磁気部材）は、磁気部材３８ａと対応するようにして同じ間隔でＮ極とＳ極とが交互に傾斜して配置されている。そして、駆動源である第２モーター４０により軸状部材３８をその軸心中心に回転させると磁気部材３８ａの磁極がそれぞれ累進したようになる。よって磁気部材３８ａと磁石プレート１７との間に作用する磁力により、磁石プレート１７を備えた移動フレーム４が軸状部材３８の長手方向に沿って移動することとなる。また、軸状部材３８の回転方向を逆にすると、累進方向が逆向きとなるため、磁石プレート１７を備えた移動フレーム４の移動方向も逆方向となる。以上のように、磁石の吸引及び反発を利用して軸状部材３８の回転運動を移動フレーム４の左右往復運動へと動力の伝達をしている（第２の非接触動力伝達機構）。ここで、軸状部材３８の円筒状の磁気部材３８ａが請求項４における駆動側磁気部材、移動フレーム４の磁石プレート１７が請求項４における従動側磁気部材に相当する。

さらに、移動ガイドレール１１及び軸状部材３８を軸心中心に回転させる第１モーター２０及び第２モーター４０のトルクの伝達について説明する。第１モーター２０の円筒状の磁気部材２２は、左側移動ガイドレール１１の下端の磁気部材１１ａと間隔をあけて直角に対向して位置している（図３）。そして、図９に示したように、第１モーター２０の磁気部材２２は移動ガイドレール１１の磁気部材１１ａと同様に螺旋状にＮ極とＳ極が交互に配設されており、その間隔は磁気部材１１ａのＮ極Ｓ極と同じ間隔に設定されている。そして、第１モーター２０が回転、即ち第１モーター２０の磁気部材２２がその軸心を中心に回転すると、磁気部材２２の磁極がそれぞれ累進したようになり、磁気部材２２と磁気部材１１ａとの間に作用する磁力により、磁気部材１１ａすなわち左側移動ガイドレール１１も軸心中心に回転する。このように、第１モーター２０の動力伝達にも非接触動力伝達機構が用いられている（第３の非接触動力伝達機構）。同様に、第２モーター４０の円筒状の磁気部材４２は、軸状部材３８の左端の磁気部材３８ａと間隔をあけて直角に対向して位置している（図５）。そして、図９に示したように、第２モーター４０の磁気部材４２は軸状部材３８の磁気部材３８ａと同様に螺旋状にＮ極とＳ極が交互に配設されており、その間隔は磁気部材３８ａのＮ極Ｓ極と同じ間隔に設定されている。そして、第２モーター４０が回転、即ち第２モーター４０の磁気部材４２がその軸心を中心に回転すると、磁気部材４２の磁極がそれぞれ累進したようになり、磁気部材４２と磁気部材３８ａとの間に作用する磁力により、磁気部材３８ａすなわち軸状部材３８も軸心中心に回転する。このように、第２モーター４０の動力伝達にも非接触動力伝達機構が用いられている（第４の非接触動力伝達機構）。

以上のように、第１モーター２０の駆動により左側移動ガイドレール１１が軸心中心に回転することで清掃体５が上下方向に摺動し、第２モーター４０の駆動により軸状部材３８が軸心中心に回転することで清掃体５を備えた移動フレーム４が左右方向に摺動することとなる。したがって、第１モーター２０及び第２モーター４０の回転によって清掃体５を上下及び左右方向自在に往復移動可能となり、パネルＰの全面を洗浄することができる。そして、それぞれの動力の伝達には、磁石の吸引及び反発を利用した非接触動力伝達機構が用いられている。

次に、移動フレーム４と共に左右方向へ移動する第１モーター２０の充電方法について説明する。第１モーター２０はバッテリーを備え、そのバッテリーへの充電は非接触充電装置によって行われるため、配線等が減り装置が簡素化されている。非接触充電装置は、移動フレーム４の第１モーター２０付近に設置され第１モーター２０のバッテリーに接続されるリモート部と、屋根Ｌ等に設けられ電源に接続されるベース部とからなる。ベース部は、リモート部とは別体であって、移動フレーム４が左端にある状態のリモート部と隣接するように対向位置して設けられている。そして、電源に接続したベース部からリモート部に非接触給電を行い、第１モーター２０のバッテリーへ充電を行う。このようにして、第１モーター２０は非接触充電装置によって初期位置で待機している間に充電される。また、洗浄作業中においても必要に応じて移動フレームを左端へ移動させることにより、バッテリーへの充電が可能となる。

なお、本実施例で示した移動フレーム及び各ガイドレール等には、強固で軽量なＦＲＰ（ＣＦＲＰ等）やアルミ等が使用され、設置する屋根へ極力荷重がかからないように配慮されている。また、清掃体５のカバー５０により洗浄部品等は全て隠れ、さらに、非接触動力伝達機構などの採用により配線も不要となり、清掃体５の見栄えが良好となっている。また、清掃体５と移動フレーム４との係合及び、移動フレーム４と上下一対の固定ガイドレール２，３との係合部分の樹脂ベアリングには、高摩耗耐性のポリマー樹脂を採用し、各部材の磨耗を防ぐと共にゴミ等の巻き込みを防ぎ、さらに騒音や振動も抑えられている。

また、本実施の形態において、清掃部材はロールブラシ５５を使用した例として説明したが、汚れの種類等により専用のブラシあるいはスポンジなど、様々な形状のものに変えて使用することができる。例えば、ロールブラシであれば毛材１本１本を高発泡させ保水性の優れたものを利用すると、パネルＰ表面との接触面積が大きく強力な洗浄力を得ることができると共にパネルＰ表面に傷が付きにくくなる。また、ワイパー６２も同様に、黄砂・花粉対応のものや積雪対応ものを適宜交換して使用することができる。ワイパー６２は耐久性の優れたウレタン樹脂製が好ましい。さらに、噴射ノズル５８によって噴射する洗浄水を温水や洗剤などに適宜変更して噴霧することも可能である。

また、本実施の形態において、第１の非接触動力伝達機構及び第２の非接触動力伝達機構は駆動側磁気部材（円筒状磁気部材）と従動側磁気部材（磁石プレート）とからなり、駆動側磁気部材は円筒状であることが好ましいが、駆動側磁気部材はその軸心を中心として回転した際に磁石プレートと対向する面が常に磁石プレートのＮ極Ｓ極に対応して傾斜状に磁極が配列されていればよい。さらに、第３の非接触動力伝達機構である第１モーター２０の磁気部材２２は円筒状でなく円盤状でも同様に動力伝達が可能である。この場合、第１モーター２０に取付けられる円盤状磁気部材は、動力を伝える左側移動ガイドレール１１の下端（あるいは上端）の磁気部材１１ａと対向すると共に、磁気部材１１ａの螺旋状に配列されたＮ極とＳ極とに対応するようにＮ極とＳ極とが交互に放射状に配列されるものとする。また、同様に第４の非接触動力伝達機構である第２モーター４０の磁気部材４２も円筒状でなく円盤状でも同様に動力伝達が可能である。この場合、第２モーター４０に取付けられる円盤状磁気部材は、動力を伝える軸状部材３８の左端（あるいは右端）の磁気部材３８ａと対向すると共に、磁気部材３８ａの螺旋状に配列されたＮ極とＳ極とに対応するようにＮ極とＳ極とが交互に放射状に配列されるものとする。

また、本発明の洗浄装置は、屋内コントローラのモニターにより前述した各部品の交換時期の確認や運転状況の確認を行うことができ、さらに、屋内コントローラで洗浄種別や洗浄動作等を選択することも可能である。また、汚れを検知するセンサを設け汚れを検知した場合や発電効率が落ちた場合に自動に洗浄を開始するなどの設定を行うことも可能であり、常にパネル表面を自動洗浄することで発電効率の低下を防ぐことができる。

Ｐ太陽光発電パネル
１洗浄装置
２固定ガイドレール（上）
３固定ガイドレール（下）
４移動フレーム
５清掃体
７給水管
１１移動ガイドレール（左）
１１ａ円筒状磁気部材（第１の非接触動力伝達機構の駆動側磁気部材）
１２移動ガイドレール（右）
１７磁石プレート（第２の非接触動力伝達機構の従動側磁気部材）
２０ステッピングモーター（第１モーター）
３８軸状部材
３８ａ円筒状磁気部材（第２の非接触動力伝達機構の駆動側磁気部材）
４０ステッピングモーター（第２モーター）
５５ロールブラシ（清掃部材）
５７給水タンク
５８噴射ノズル
６０給水口
６２ワイパー
６４磁石プレート（第１の非接触動力伝達機構：従動側磁気部材）
７１給水バルブ

Claims

太陽光発電パネルの上端及び下端に沿ってそれぞれ設けられる上下一対の固定ガイドレールと、前記上下一対の固定ガイドレール上に載架するようにして水平方向に移動可能に設けられる左右一対の移動ガイドレールを備えた移動フレームと、前記左右一対の移動ガイドレールに該移動ガイドレールの軸方向に沿って上下方向に移動可能に設けられる清掃体とからなり、前記清掃体の上下方向移動と該清掃体を備えた前記移動フレームの水平方向移動によってパネル全面の洗浄を可能とする太陽光発電パネルの洗浄装置であって、
前記移動フレームの一方の移動ガイドレールに所定間隔をあけて複数設けられる駆動側磁気部材と該駆動側磁気部材と所定間隔をあけて対向するように前記清掃体に設けられる従動側磁気部材とからなり、前記一方の移動ガイドレールの回転運動を前記清掃体の上下方向の往復運動へ伝達する第１の非接触動力伝達機構を備えることを特徴とする太陽光発電パネルの洗浄装置。
前記上下一対の固定ガイドレールの一方の固定ガイドレールに沿って設けられた軸状部材に所定間隔をあけて複数設けられる駆動側磁気部材と、前記移動フレームの左右一対の移動ガイドレールのそれぞれの一端を連結するフレームに設けられ前記軸状部材の駆動側磁気部材と所定の間隔をあけて対向位置する従動側磁気部材とからなり、前記軸状部材の回転運動を前記移動フレームの水平方向の往復運動へ伝達する第２の非接触動力伝達機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電パネルの洗浄装置。
前記第１の非接触動力伝達機構の駆動側磁気部材が設けられた一方の移動ガイドレールは、前記駆動側磁気部材が設けられている部分の外径と前記駆動側磁気部材が設けられていない部分の外径とが等しく、その外周面が平坦に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の太陽光発電パネルの洗浄装置。
前記上下一対の固定ガイドレールの一方の固定ガイドレールの上方には該固定ガイドレールに沿って給水管が設けられ、前記給水管には所定間隔をあけて複数の給水バルブが設けられ、前記清掃体には該清掃体に設けられた給水タンクに連通する給水口が設けられ、前記給水口は前記清掃体が前記給水管近傍まで移動した状態で前記給水バルブと接続可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電パネルの洗浄装置。