JP6292685B2 - 太陽光発電パネルの洗浄装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽光のエネルギーを利用して発電を行う太陽光発電パネルを洗浄するための洗浄装置に関し、特に、太陽光パネルの全面を効率よく自動洗浄するとともに洗浄装置本体の洗浄中の移動制御を簡素化することでメンテナンスを容易とした太陽光発電パネル洗浄装置に関する。
従来より、太陽光発電パネルによる発電が広く行われており、発電効率を上げた大容量の太陽光発電パネルが開発されて使用されている。太陽光発電パネルには、個人用途等を目的とした小型のパネルから、大規模発電を行うための業務用の大型太陽光発電パネルまで様々な規模、形状、仕様、規格のものが存在している。
太陽光発電パネルの基本原理は、光子を用いた光起電力効果によって発電を行うものであり、パネル面に太陽光が照射されることにより起電力が生じるため、発電効率が高くても、汚れやゴミの付着などによって光が遮られると発電効率が低下したり発電不能となる事態が考えられる。
また、特に大規模発電を行うための太陽光発電施設は、太陽光を受ける面積を充分に確保する必要があるため、屋根等が設置されていない屋外へ配置される場合が多い。しかし、風雨によるパネル面の汚染、積雪、鳥の糞害、砂泥の付着のほか、噴火による降灰などの自然災害によりパネル面が汚れて直射日光が遮られることにより、高い発電効率を持続することが困難になるので、太陽光発電パネルの定期的な洗浄は必須となっている。
このような問題点を解消するための技術として、特開2011−36833号が存在している。ここでは、一つの移動用モータの駆動により、貯水タンクを装備する移動体と回転ブラシと排出ポンプを動作させて太陽電池パネル本体の上面を水により清掃する技術が開示されている。しかしながら、この技術によると、太陽電池パネル上に洗浄装置が直接乗って移動する事となり、パネルに負荷が掛かり、場合によっては太陽電池パネルのシリコンウエハー等が破損する恐れがあった。また、パネル面の拭き洩れの可能性が考えられ、均一な清掃を行うことが困難であるという問題点があった。
本発明の発明者である出願人は、特開2014−22524号の出願人でもある。改良前の発明では、上下一対の固定ガイドレールと、左右一対の移動ガイドレールからなる移動フレームと、該移動フレームに装着される清掃体とからなり、清掃体は、磁気部材からなる非接触動力伝達機構によって上下左右に移動可能に構成される技術が開示されている。
これによると、太陽光発電パネルの洗浄作業中の振動や動作音を抑えることが可能となり、配線等の複雑な構成も簡素化することが可能であり、更に太陽光発電パネルに対する荷重負荷を最小限に抑えることが可能となるが、清掃体の移動距離を制御する構成が複雑となり、制御が不十分であると拭き洩れが生ずるという問題点があった。
太陽光発電パネルの洗浄装置の駆動にも当然電気を使用する必要があり、洗浄に使用される電力量を充分に考慮する必要もある。したがって、上記問題を解消しつつ、消費電力を抑えることが出来る高効率である太陽光発電パネルの洗浄装置の開発が求められていた。
特開2011−36833号公報 特開2014−22524号公報
本発明は上記問題を解決するために、太陽光のエネルギーを利用して発電を行う太陽光発電パネルを洗浄するための洗浄装置であって、特に、太陽光パネルの全面を効率よく自動洗浄するとともに洗浄装置本体の洗浄中の移動制御を簡素化することでメンテナンス容易とした消費電力の少ない太陽光発電パネル洗浄装置に関する。
上記の目的を達成するために本発明に係る太陽光発電パネル洗浄装置は、太陽光発電パネルの上端およ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、前記洗浄装置は、前記固定ガイドレールの上下いずれか一方の両端間に渡設するギアレール(ラック)と、該ギアレールに噛合する移動ギアと、移動フレームに固定設置して前記移動ギアに回転動力を供給する駆動用ステッピングモータとからなり、前記駆動用ステッピングモータのステップ数によって前記移動フレームの水平移動距離を制御する水平移動動力伝達機構を備えており、前記清掃体は、前記固定ガイドレールと平行して回転自在に設置される筒状からなる回転洗浄ブラシと、移動ガイドレールに接する位置に設けられ前記固定ガイドレールの長手方向に対して垂直方向(上下方向)に軸回転する回転洗浄ブラシと異なる軸に設けられる移動用車輪と、該移動用車輪の回転動力を前記回転洗浄ブラシに伝達する動力伝達手段と、からなり、前記動力伝達手段は、前記清掃体の上下運動を受けて回転する移動用車輪の回転動力を増幅して回転洗浄ブラシに伝達するように、前記移動用車輪と同軸上に設置する第一プーリと、前記回転洗浄ブラシと同軸上に設置する前記第一プーリより径が小さい第二プーリと、前記第一プーリと前記第二プーリ間に架設する動力伝達チェーンと、からなる構成である。
本発明は、上記詳述した通りの構成であるので、以下のような効果を奏する。
1.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、パネル全面をムラがなくきれいに洗浄することができる。また、駆動用ステッピングモータのステップ数によって移動フレームの水平移動距離を制御する水平移動動力伝達機構を設けたため、より簡易な構造で移動フレームの正確な水平移動制御を行うことが可能となり、拭き洩れの無い洗浄を行うことが可能となる。また、清掃体の移動ガイドレールに接して回転する移動用車輪の回転動力を回転洗浄ブラシに伝達する動力伝達手段を設けたため、清掃体が移動する動力を洗浄ブラシの回転力にも利用する事となり、回転洗浄ブラシ用に別個の駆動装置を設けることが不要となる。また、清掃体の上下運動を受けて回転する移動用車輪の回転動力を増幅して回転洗浄ブラシに伝達する構造としたため、洗浄装置本体が移動する力を効率よく回転ブラシによる清掃に用いることが可能となる。
以下、本発明に係る太陽光発電パネル洗浄装置を、図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係る太陽光発電パネル洗浄装置の正面透視図であり、図2は、太陽光発電パネル洗浄装置の下側の側面断面図である。図3は、太陽光発電パネル洗浄装置の上側の側面断面図であり、図4は、水平移動動力伝達機構の斜視図である。
本発明に係る太陽光発電パネルの洗浄装置10は、太陽光発電パネル1を洗浄するための可動式洗浄装置であって、図1に示すように、固定ガイドレール110と、移動フレーム100と、清掃体200とからなる。
洗浄装置10は、太陽光発電パネル1に対して取付けられる。本実施例では、洗浄装置10は、屋根や屋外に傾斜角を設けて設置された太陽光発電パネル1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110と、固定ガイドレール110に載架するように設置され左右移動可能に取付けられた移動フレーム100と、移動フレーム100に対して上下移動可能に設けられた清掃体200と、上側の固定ガイドレール112の上方に該固定ガイドレール112と平行に設けられた給水管400と、から構成されている。
移動フレーム100は、長方形の枠体であり、上下一対の固定ガイドレール110上に太陽光発電パネル1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120と、移動ガイドレール120の上端を繋ぐ上側フレーム122と、移動ガイドレール120の下端を繋ぐ下側フレーム124とから構成されている。本実施例では、図2に示すように、下側の固定ガイドレール114に下側移動フレーム用レール118が設けられ、移動フレーム100に設けられた下側水平移動用車輪104が係合する。また、図3に示すように、上側の固定ガイドレール112に上側移動フレーム用レール116が設けられ、移動フレーム100に設けられた上側水平移動用車輪102が係合する。これにより、移動フレーム100は左右方向に移動可能となるように固定ガイドレール110に設置される構成である。
また、下側フレーム124の左端には第一モータ130が取付部材を介して設けられている。第一モータ130は、清掃体200の上下動の動力源となるものであり、清掃体動力伝達機構(図示せず)を介して第一モータ130の回転動力が清掃体200に伝達して清掃体200の上下動の動力源となる。清掃体200は、後述の回転洗浄ブラシ210を回転させながら第一モータ130の動力を利用して上下動を行う。これにより、太陽光発電パネル1上を隈なく上下移動することが可能となり、太陽光発電パネル1の上端から下端までの洗浄を行うことが出来る。
前記上下一対の固定ガイドレール110は、長手状のレールで太陽光発電パネル1の幅よりわずかに長く設定されており、複数のパネル固定部材によって、太陽光発電パネル1の上端および下端にそれぞれに平行となるように固定設置されている。下側の固定ガイドレール114は、太陽光発電パネル1下端の傾斜下方側に所定間隔をあけて太陽光発電パネル1に沿って平行に取付けられている。また、上側の固定ガイドレール112は、太陽光発電パネル1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。
清掃体200は、図1に示すように、移動フレーム100の左右一対の移動ガイドレール120間に位置しており、左右一対の移動ガイドレール120に挿通されるように設置される。清掃体200は、前述の清掃体動力伝達機構(図示せず)を介した第一モータ130の動力を利用して、移動フレーム100上を太陽光発電パネル1の表面に沿って上下方向に移動しながら太陽光発電パネル1を洗浄する装置である。清掃体200は、本実施例では、その左右両端それぞれに移動ガイドレール120が挿通される孔が形成されたレール受202が設けられ、レール受202の孔の内側(移動ガイドレール120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。
また、左右何れかのレール受202には回転軸206が設けられ、この回転軸には後述の移動用車輪220が設けられている。さらに、清掃体200には、清掃部材である回転洗浄ブラシ210が設けられている。移動用車輪220と回転洗浄ブラシ210は、異なる軸上に設けられており、両者は後述の動力伝達手段240によって相互に応動するように接続されている。
回転洗浄ブラシ210の傾斜面上方側には、給水タンク(図示せず)が設けられている。給水タンクは、後述する給水管400から供給される水を給水口260を介して一時貯留するものである。そして、給水タンク(図示せず)の底には、噴射ノズル(図示せず)が給水タンクの幅方向に複数配設されており、給水タンクに水が貯留され始めると噴射ノズルから水が噴射される。噴射ノズル(図示せず)はその先端に扇形の噴射口を備えており、回転洗浄ブラシ210が接触している太陽光発電パネル1の幅全体に、水が噴射される構成となっている。
さらに、清掃体200の上端縁にはワイパ270がその下端を太陽光発電パネル1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270の幅は回転洗浄ブラシ210の幅より大きく清掃体200と略同じ幅で構成されている。
給水管400は、図1に示すように上側の固定ガイドレール112の上方に、該固定ガイドレール112と平行に設けられており、その基端は水道管(図示せず)につなげられている。また、給水管400には太陽光発電パネル1上端に沿って給水ノズル410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410は傾斜面下側にその先端を向け、先端に清掃体200の給水口260と接合可能な給水バルブ420が設けられている。
給水バルブ420内にはスプリングによって挿入自在の弁棒が設けられ、清掃体200の給水口260と接続したときにのみ弁棒が給水バルブ420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400から給水バルブ420および給水口260を介して清掃体200の給水タンクへと水が供給される。また、各給水ノズル410の間隔は、移動フレーム100が一回横移動する長さに設定されている。
洗浄装置10には、水平移動動力伝達機構300が設けられている。水平移動動力伝達機構300は、移動フレーム100の水平移動距離を制御するための装置であり、図1、図2、図4に示すように、ギアレール(ラック)310と、移動ギア320と、駆動用ステッピングモータ330とから構成され、モータの回転を左右移動に変換している。
ギアレール(ラック)310は、固定ガイドレール110の上下いずれか一方の両端間に渡設される部材である。また、移動ギア320は、ギアレール(ラック)310が設置される側となる移動フレーム100に設けられるギア状の部材であり、ギアレール(ラック)310に噛合するように設置される。また、駆動用ステッピングモータ330は、移動ギア320に回転動力を供給するモータであり、移動フレーム100に固定設置される。本実施例では、移動フレーム100に固定設置された駆動用ステッピングモータ330に移動ギア320が直接固定接続されており、該移動ギア320は、ギアレール(ラック)310に噛合する構成となっている。この構成とすることにより、駆動用ステッピングモータ330が回転する事により、移動フレーム100が固定ガイドレール110上を左右水平に移動することが可能となる。
また、水平移動動力伝達機構300は、本実施例では、駆動用ステッピングモータ330を設けており、更に駆動用ステッピングモータ330のステップ数をカウントし、カウント数に応じてモータの停止・回転を制御する水平移動距離制御装置(図示せず)が設けられている。これにより、水平移動距離制御装置が駆動用ステッピングモータ330のステップ数をカウントし計算することによって移動フレーム100の水平移動距離を計算して停止位置を制御することが可能となり、太陽光発電パネル1の拭き洩れや無駄な洗浄を回避して効率の良い洗浄を行うことが可能となる。
清掃体200は、回転洗浄ブラシ210と、移動用車輪220と、動力伝達手段240とから構成される。回転洗浄ブラシ210は、固定ガイドレール100と平行する位置に設置される回転自在の筒状からなる部材である。該筒状のブラシが回転しながら太陽光発電パネル1上をブラッシングすることにより、パネルに付着した砂泥等の汚れを剥離する。
また、移動用車輪220は、清掃体200が上下移動を行う際に回転動力を受け取るための車輪であり、移動ガイドレール120に接する位置に設けられており、固定ガイドレール100の長手方向に対して垂直方向(上下方向)に軸回転する回転洗浄ブラシ210と異なる軸に設けられる。
また、動力伝達手段240は、清掃体200の上下動より移動用車輪220が受け取った回転動力を回転洗浄ブラシ210に伝達する装置である。動力伝達手段240は、第一プーリ242aと、第二プーリ242bと、動力伝達チェーン244とで構成されている。第一プーリ242aは、移動用車輪220と同軸上に設置される円盤状部材であり、第二プーリ242bは、回転洗浄ブラシ210と同軸上に設置される円盤状部材であり、第一プーリ242aより径が小さい構成となっている。また、動力伝達チェーン244は、第一プーリ242aと第二プーリ242b間に架設するチェーン状部材である。
移動用車輪220は、清掃体200の上下動に伴い回転運動を行う。該回転力は同軸上に設けられる第一プーリ242aに伝達される。第一プーリ242aの回転は、動力伝達チェーン244を介して第二プーリ242bに伝達される。第二プーリ242bに伝達された回転力は、同軸上に設置されている回転洗浄ブラシ210に伝達されることになる。第二プーリ242bは第一プーリ242aより径が小さいため、第二プーリ242bの回転数は第一プーリ242aより多くなるため、回転洗浄ブラシ210の回転数を上げることが可能となる。これにより、清掃体200の上下動を回転洗浄ブラシ210の回転洗浄動作に変換することが可能となる。
次に、洗浄装置10を用いた太陽光発電パネル1の洗浄動作について説明する。通常、移動フレーム100は左端に位置し、清掃体200は下端に位置している(以下、この位置を初期位置という)。また、洗浄作業の前に洗浄水用上水の蛇口を開けておく。次に、屋内コントローラ(図示せず)で手動によって洗浄作業を開始させ、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、洗浄水のバルブ(図示せず)が開くと共に、清掃体200が初期位置から移動フレーム100の上方へ移動する。清掃体200が移動フレーム100の上端位置まで移動すると、清掃体200の給水口260が給水管400の左端の給水バルブ420と接合し、給水管400から清掃体200の給水タンク(図示せず)へタイマーで設定された時間だけ洗浄水が供給される。給水完了後、清掃体200が移動フレーム100に沿って下方へ移動する。このとき、清掃体200は下方へ移動しながらパネル表面の洗浄を行う。
具体的には、給水タンク(図示せず)から噴射ノズル(図示せず)を介して、回転洗浄ブラシ210と接触する太陽光発電パネル1表面に向けて洗浄水が噴射され、回転洗浄ブラシ210で汚れを浮き上げつつ、ワイパ270で除水を行う。ワイパによる除水により粉塵等の容易な再付着を防いでいる。
清掃体200が移動フレーム100下端まで移動したら、再度上方へ移動しながらワイパ270で水を拭き上げ移動フレーム100の上端まで移動する。ここで、清掃体200が太陽光発電パネル1表面を移動する際に、移動用車輪220が移動ガイドレール120に接触しながら回転することで前述のように動力伝達手段240を介して回転洗浄ブラシ210に回転力が伝達され回転する。清掃体200の上下移動中においては、回転洗浄ブラシ210は圧縮された状態で表面に接触すると共に、噴射ノズルから洗浄水が太陽光発電パネル1表面に均一に噴霧される。これにより、十分な洗浄力が得られ、太陽光発電パネル1の洗浄ムラをなくすことができる。
清掃体200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。清掃体200の上下移動による洗浄作業が終了すると、清掃体200は太陽光発電パネル1下端と下側の固定ガイドレール114の間で一時停止し、停止した状態のまま、移動フレーム100ごと右側へ所定距離(上下移動洗浄時の洗浄可能域の幅一つ分)スライドする。この移動フレーム100の横移動は水平移動距離制御装置(図示せず)により制御される。その後、同様に清掃体200は上方へ移動し、次の作業として左から2番目の給水バルブ420より給水した後、上下移動しながら洗浄作業を行い、終了後に移動フレーム100は右へ移動する。
上下移動と横移動を繰り返して洗浄を行い、太陽光発電パネル1全面の洗浄作業が終了すると、清掃体200は初期位置まで移動し停止することとなる。
本発明に係る太陽光発電パネル洗浄装置の正面透視図 太陽光発電パネル洗浄装置の下側の側面断面図 太陽光発電パネル洗浄装置の上側の側面断面図 水平移動動力伝達機構の斜視図
1 太陽光発電パネル
10 洗浄装置
100 移動フレーム
102 上側水平移動用車輪
104 下側水平移動用車輪
110 固定ガイドレール
112 上側の固定ガイドレール
114 下側の固定ガイドレール
116 上側移動フレーム用レール
118 下側移動フレーム用レール
120 移動ガイドレール
122 上側フレーム
124 下側フレーム
130 第一モータ
200 清掃体
202 レール受
206 回転軸
210 回転洗浄ブラシ
220 移動用車輪
240 動力伝達手段
242a 第一プーリ
242b 第二プーリ
244 動力伝達チェーン
260 給水口
270 ワイパ
300 水平移動動力伝達機構
310 ギアレール(ラック)
320 移動ギア
330 駆動用ステッピングモータ
400 給水管
410 給水ノズル
420 給水バルブ

Claims (1)

  1. 太陽光発電パネルの上端およ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において、
    前記洗浄装置は、前記固定ガイドレールの上下いずれか一方の両端間に渡設するギアレール(ラック)と、該ギアレールに噛合する移動ギアと、移動フレームに固定設置して前記移動ギアに回転動力を供給する駆動用ステッピングモータとからなり、前記駆動用ステッピングモータのステップ数によって前記移動フレームの水平移動距離を制御する水平移動動力伝達機構を備えており、
    前記清掃体は、前記固定ガイドレールと平行して回転自在に設置される筒状からなる回転洗浄ブラシと、移動ガイドレールに接する位置に設けられ前記固定ガイドレールの長手方向に対して垂直方向(上下方向)に軸回転する回転洗浄ブラシと異なる軸に設けられる移動用車輪と、該移動用車輪の回転動力を前記回転洗浄ブラシに伝達する動力伝達手段と、からなり、
    前記動力伝達手段は、前記清掃体の上下運動を受けて回転する移動用車輪の回転動力を増幅して回転洗浄ブラシに伝達するように、前記移動用車輪と同軸上に設置する第一プーリと、前記回転洗浄ブラシと同軸上に設置する前記第一プーリより径が小さい第二プーリと、前記第一プーリと前記第二プーリ間に架設する動力伝達チェーンと、からなることを特徴とする太陽光発電パネルの洗浄装置。
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