JP6409252B2 - ソーラーパネル清掃装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソーラーパネルの受光面を清掃するソーラーパネル清掃装置に関する。

近年、再生可能エネルギを利用する発電システムの１つとして、太陽光エネルギを利用するソーラーシステムの普及が進んでいる。ソーラーシステムはソーラーパネルの受光面を太陽に向けて屋外に設置するものであり、工場、ビル、一般家屋等の屋根や屋上を有効活用して、ソーラーパネルを設置できる利点もある。ソーラーパネルは太陽の照る方向（日本では南方）へ受光面を傾斜させて設置されることが多い。

ソーラーパネルは、光起電力効果によって太陽光を即時に電力に変換する太陽電池を組み込んだ複数のセルをパネル状に組み立てたものであり、一般的なソーラーシステムでは複数のパネルユニットを縦横に並べて接続したアレイとして用いられる。大規模なメガソーラーシステムでは、パネルユニットを接続したアレイの全長が数１００ｍに達するものもある。

これらのソーラーパネルは屋外に設置されるので、大気や雨水に含まれる塵埃や、鳥の糞、枯葉等の異物が受光面に付着する。このため、これらの受光面に付着した塵埃や異物によって太陽光が遮断され、発電効率が低下することが、ソーラーシステムの大きな問題となっている。この発電効率の低下を防止するためには、ソーラーパネルの受光面を適宜清掃して、付着した塵埃や異物を除去すればよいが、ソーラーパネルは屋根や屋上等の高所に設置されることが多いので、安全性等の面から人手による清掃は困難である。また、広大な受光面を有するメガソーラーシステムでは、人手による清掃は多大な手間を必要とする。

このようなソーラーパネルの清掃の問題に対して、ソーラーパネルの受光面上に、ブラシ等の清掃手段を搭載した本体を配置し、この本体を受光面上で所定の清掃ラインに沿って移動させながら清掃手段で受光面を清掃するソーラーパネル清掃装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載されたソーラーパネル清掃装置では、受光面が傾斜するソーラーパネルの上端と下端で水平方向の長手方向に延びる載架レールと、受光面の傾斜方向の上下縦軸方向に延びる上下移動用レールとを設け、清掃手段を搭載した本体を上下移動用レールで傾斜方向の清掃ラインに沿って移動させながら清掃し、上下端の載架レールで傾斜方向と直交方向に次の清掃ラインの位置へ移動させて、ソーラーパネルの受光面全域を清掃するようにしている。

特許文献２に記載されたソーラーパネル清掃装置では、清掃手段を搭載した本体に、ソーラーパネルの受光面上で自走する自走手段と、ソーラーパネルの大きさや形状を認識する認識手段と、自走手段等を駆動する電源装置とを設け、認識手段の出力に基づいて本体が受光面を所定の清掃ラインに沿って順次移動するように制御するようにしている。認識手段としては超音波センサを用いている。

特許文献１、２に記載されたものでは、いずれも本体が移動または自走しながら清掃する清掃ラインを受光面の傾斜方向に設定し、傾斜方向と直交方向に本体を横移動させて、平行な次の清掃ラインの位置へ移動させるようにしている。

特開２００２−２７３３５１号公報 特開２０１０−１８６８１９号公報

特許文献１に記載されたソーラーパネル清掃装置は、本体を載架レールと上下移動用レールで案内するので、本体を所定の清掃ラインに沿って移動させ、受光面全域を残さず清掃することができるが、載架レールや上下移動用レールを敷設するために設置費用が高価になるとともに、屋根等に必要以上の重量が加わる問題がある。

一方、特許文献２に記載されたソーラーパネル清掃装置は、本体を自走させるので案内用のレールを設置する必要はないが、本体の自走方向が所定の清掃ラインからずれることがあり、未清掃の領域が残りやすい問題がある。特に、清掃ラインを受光面の傾斜方向と直交方向に設定した場合は、重力加速度によって本体の自走方向が清掃ラインから傾斜方向の下方側へずれやすくなる。

また、特許文献１、２に記載されたものは、いずれも清掃ラインを受光面の傾斜方向に設定しているので、傾斜方向への本体の移動距離が長くなる。このため、本体が傾斜方向へ昇るときに負荷が大きくなるとともに、傾斜方向へ下るときはブレーキかける負荷を必要とし、本体を移動させる消費エネルギが増大する問題もある。

そこで、本発明の課題は、受光面を自走する本体を所定の清掃ラインからずれないように走行させることと、本体を移動させる消費エネルギを低減することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、ソーラーパネルの受光面上に配置される本体と、前記本体を前記受光面上で自走させる自走手段と、前記本体に搭載され、前記受光面を清掃する清掃手段とを備え、前記本体を所定の清掃ラインに沿って走行させるソーラーパネル清掃装置において、前記本体の走行方向の前記清掃ラインからのずれを検出する方向ずれ検出手段と、前記本体の走行距離を検出する距離検出手段と、前記本体の走行方向を操舵する操舵手段とを設け、前記方向ずれ検出手段で検出される走行方向のずれ角と、このずれ角が検出されるときに前記距離検出手段で検出される走行距離との積に該当する制御パラメータを演算し、この制御パラメータをゼロとするように前記操舵手段を制御する構成を採用した。

すなわち、本体の走行方向の清掃ラインからのずれを検出する方向ずれ検出手段と、本体の走行距離を検出する距離検出手段と、本体の走行方向を操舵する操舵手段とを設け、方向ずれ検出手段で検出される走行方向のずれ角と、このずれ角が検出されるときに距離検出手段で検出される走行距離との積に該当する制御パラメータを演算し、この制御パラメータをゼロとするように操舵手段を制御することにより、自走する本体が所定の清掃ラインからずれたときに清掃ラインに戻すように操舵手段を制御して、所定の清掃ラインからずれないように走行させることができるようにした。

図５に示すように、方向ずれ検出手段で検出される清掃ライン２４からの走行方向のずれ角をΔθ、このずれ角Δθが検出されるときに距離検出手段で検出される走行距離をΔＳとすると、このときの本体の清掃ライン２４からのずれ量ΔＹは（１）式で表される。
ΔＹ＝ΔＳ・ｓｉｎΔθ （１）
したがって、ずれ角Δθと走行距離をΔＳとの積に該当する制御パラメータをゼロとするように操舵手段を制御することにより、清掃ライン２４からのずれ量ΔＹをなくして本体を清掃ラインに戻すことができる。なお、通常ずれ角Δθは小さく、ｓｉｎΔθはほぼΔθに等しいので、制御パラメータをΔＳ・Δθとしてもよい。また、制御パラメータにゲインａ（≦１）を乗じてもよい。

前記操舵手段としては、例えば、自走手段をクローラ走行のものとする場合は、左右のクローラに速度差を付与する方法を採用することができ、自走手段をタイヤ走行のものとする場合は、タイヤの向きを変える方法を採用することができる。

前記方向ずれ検出手段としては、電子的なセンサによって地磁気を検知して本体が向く方位を検出するデジタルコンパス、ジャイロ効果により本体の走行方向からの角速度を検出するジャイロスコープ等を用いることができる。また、距離検出手段としては、自走手段の回転量を検出するエンコーダ等を用いることができる。

前記受光面が一方向に傾斜するものである場合は、前記清掃ラインを前記受光面の傾斜方向と直交方向に設定することにより、清掃ラインを昇り下りのない略水平方向に向けて、本体を自走させる消費エネルギを低減することができる。

また、前記受光面が一方向に傾斜するものである場合は、前記方向ずれ検出手段として、本体の３軸方向（直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向）の傾きを検出する傾斜センサを用いることもできる。傾斜センサとしては、例えば重力方向を検知してセンサの３軸方向の傾きを検出する３Ｇセンサが挙げられる。

前記受光面に同一直線上にない複数の清掃ラインが設定されている場合は、前記本体を別の前記清掃ラインに移動させるときに、前記方向ずれ検出手段の検出出力に基づいて前記操舵手段を制御し、前記本体の走行方向の向きを変えて前記別の清掃ラインに移動させることができる。

前記本体の絶対位置を検出する絶対位置検出手段を設け、この絶対位置検出手段の出力に基づいて、前記本体を所定の位置に移動させることにより、清掃手段等のメンテナンスやバッテリ充電等を行うステーション位置や待機位置に本体を効率よく移動させることができる。絶対位置検出手段としては、ＧＰＳ(Global Positioning System)等を用いることができる。

本発明に係るソーラーパネル清掃装置は、本体の走行方向の清掃ラインからのずれを検出する方向ずれ検出手段と、本体の走行距離を検出する距離検出手段と、本体の走行方向を操舵する操舵手段とを設け、方向ずれ検出手段で検出される走行方向のずれ角と、このずれ角が検出されるときに距離検出手段で検出される走行距離との積に該当する制御パラメータを演算し、この制御パラメータをゼロとするように操舵手段を制御するようにしたので、本体を所定の清掃ラインからずれないように走行させることができる。

（ａ）は本発明に係るソーラーパネル清掃装置の本体を示す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）の側面図 ソーラーパネルの受光面の例を示す平面図 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ清掃ラインの変形例を示す平面図 図２の清掃ラインを清掃するときの制御方法を示すフローチャート 本体のずれ角Δθおよび走行距離ΔＳと清掃ラインからのずれ量ΔＹとの関係を説明する説明図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るソーラーパネル清掃装置の本体１を示す。この本体１は、後述するソーラーパネルの受光面２１を自走する自走手段として左右一対のクローラ２を備え、清掃手段として、洗浄液タンク３ａの洗浄液を受光面２１に噴射する洗浄液ノズル３ｂ、洗浄液が噴射された受光面２１をブラッシングする回転ブラシ４、およびブラッシングされた受光面２１をワイピングするワイパ５を備え、これらの自走手段と清掃手段を駆動するバッテリ６を搭載している。

前記本体１には、方向ずれ検出手段としてのデジタルコンパス７と、絶対位置検出手段としてのＧＰＳ８が搭載され、クローラ２の１つの転輪２ａの回転軸には距離検出手段としてのエンコーダ９が取り付けられている。本体１の受光面２１からの転落を防止するために、前方の受光面２１の境界２１ａを検出する光センサ１０も取り付けられている。また、後述するように自走手段の作動および操舵と清掃手段の作動を制御するコントローラ１１も組み込まれている。

図２は、ソーラーパネルの受光面２１の例を示す。この受光面２１は一方向に傾斜しており、多数のパネルユニット２２を縦横に並べて配列したメガソーラシステムのものである。この受光面２１の傾斜方向と直交方向でのパネル全長は数１００ｍに達する。また、受光面２１の傾斜下端側の中間部には、回転ブラシ４の交換、洗浄液タンク３ａへの洗浄液の補給、バッテリ６の充電等を行うステーション２３が設けられている。

前記受光面２１での本体１のスタート地点は傾斜上端側の左端とされ、本体１が自走しながら清掃する複数の清掃ライン２４が受光面２１の傾斜方向と直交方向に設定されている。本体１はスタート地点から右方へ最初の清掃ライン２４を自走した後、受光面２１の右側の境界２１ａの直前で傾斜方向を下る方向へ直角に向きを変え、下側の次の清掃ライン２４の位置まで移動し、さらに左方向へ直角に向きを変えて、次の清掃ライン２４を左方へ自走する。本体１の向きを変える際には、左右のクローラ２を逆駆動または片側駆動させる。このような本体１の方向転換を受光面２１の左右両側の境界２１ａで行い、順次下側の清掃ライン２４を自走して、受光面２１の全域を清掃する。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ前記清掃ライン２４の変形例を示す。図３（ａ）は、清掃ライン２４を受光面２１の傾斜方向に設定し、受光面２１の上下の境界２１ａで、同様に直角に２回ずつ方向転換させるようにしたもの、図３（ｂ）は、清掃ライン２４を角形の渦巻き状に設定し、受光面２１の各コーナ部で直角に方向転換させて、外周側から内周側へ清掃するようにしたものである。

上述した受光面２１の清掃ライン２４を自走する本体１は、受光面２１の傾斜に起因する重力加速度等によって、走行方向が所定の清掃ライン２４からずれることがある。以下に、この走行方向のずれを制御する方法を説明する。

図４は、図２の各清掃ライン２４を清掃するときのコントローラ１１による制御方法を示すフローチャートである。まず、本体１を各清掃ライン２４の清掃開始位置で清掃ライン２４に沿う方向に向けてセットする。この状態で、デジタルコンパス７により検出される本体１の向きθ_０を初期値（例えば０°）として記憶する。

こののち、前記自走手段と清掃手段を作動して、清掃ライン２４に沿った清掃を開始する。本体１が清掃ライン２４を自走し始めると、デジタルコンパス７で刻々検出される本体１の向きθと初期値θ_０との差、すなわちずれ角Δθ（またはｓｉｎΔθ）と、そのときにエンコーダ９で検出される本体１の刻々の走行距離ΔＳとの積が刻々の清掃ライン２４からのずれ量ΔＹとして演算され、この刻々のずれ量ΔＹが積算されて全ずれ量Ｙが求められる。なお、ずれ角Δθは正負の号を有し、清掃ライン２４に戻る方向のずれ角Δθが検出されたときは、積算される全ずれ量Ｙが減少する。

前記コントローラ１１は全ずれ量Ｙを制御パラメータとして、制御パラメータＹをゼロとするように操舵手段として左右のクローラ２に速度差を付与する制御を繰り返す。なお、制御パラメータＳがゼロの場合は、操舵手段の制御量もゼロとなり、本体１はそのまま自走を継続する。このように操舵手段の制御を繰り返すことにより、本体１の走行方向が清掃ライン２４の方向に向けられるように修正され、本体１が清掃ライン２４に戻される。本体１を清掃ライン２４に緩やかに戻すように、制御パラメータＹにゲインａ（≦１）を乗じてもよい。この実施形態では、ずれ量ΔＹの演算周期と操舵手段の制御周期を１秒程度としているが、演算周期と制御周期は必ずしも一致させる必要はなく、これらの周期も１秒に限定されることはない。

前記清掃ライン２４上を自走する本体１が受光面２１の境界２１ａに近づき、光センサ１０で境界２１ａが検出されると、コントローラ１１は境界２１ａの直前で自走手段と清掃手段の作動を停止させ、１本の清掃ライン２４の清掃が終了する。したがって、自走する本体１が境界２１ａから転落する恐れはない。

このように１本の清掃ライン２４の清掃が終了すると、図２に示したように、左右のクローラ２を逆駆動または片側駆動させて、本体１の向きを受光面２１の傾斜方向を下る方向へ直角に方向転換したのち、下側の次の清掃ライン２４の位置まで移動させ、さらに直角に方向転換して、次の清掃ライン２４の清掃開始位置にセットする。このように各清掃ライン２４を順次清掃することにより、受光面２１の全域の清掃が完了する。

前記回転ブラシ４の交換、洗浄液タンク３ａへの洗浄液の補給、バッテリ６の充電等のメンテナンスが途中で必要となったときは、コントローラ１１は、ＧＰＳ８で検出される本体１の絶対位置に基づいて、本体１を図２に示したステーション２３の位置までの最適な移動経路を求め、この移動経路に沿って本体１を自走させる。また、受光面２１の清掃が完了したときも、ＧＰＳ８の検出出力に基づいて、同様に本体１を所定の待機位置（図示省略）まで自走させる。

なお、前記コントローラ１１と無線ＬＡＮ等で通信可能なソーラーパネル管理用のサーバを別途に設け、メンテナンス用の情報やステーション位置、待機位置等のデータをサーバに入力するとともに、サーバでステーション２３や待機位置等への移動経路を求めるようにしてもよい。このようなサーバの設置は、複数のソーラーパネルを管理する場合に好適である。

上述した実施形態では、方向ずれ検出手段としてデジタルコンパスを用いたが、方向ずれ検出手段としては、ジャイロスコープや３Ｇセンサ等の傾斜センサを用いることもできる。

上述した実施形態では、ソーラーパネルの受光面が一方向に傾斜したものとし、清掃ラインを受光面の傾斜方向と直交方向に設定したが、受光面は傾斜のないものであってもよく、清掃ラインも任意の方向に設定することができる。

上述した実施形態では、本体の自走手段をクローラ走行のものとし、受光面の境界で左右のクローラを逆駆動または片側駆動して本体の向きを変え、次の清掃ラインに移動させるようにしたが、自走手段はクローラ走行のものに限定されることはなく、タイヤ走行やロボット歩行等のものとすることもできる。また、受光面の境界での方向転換は、別途の横移動手段を設けて行うようにしてもよい。この場合は、本体を後方へも自走可能とする必要がある。

１ 本体
２ クローラ
２ａ 転輪
３ａ 洗浄液タンク
３ｂ 洗浄液ノズル
４ 回転ブラシ
５ ワイパ
６ バッテリ
７ デジタルコンパス
８ ＧＰＳ
９ エンコーダ
１０ 光センサ
１１ コントローラ
２１ 受光面
２１ａ 境界
２２ パネルユニット
２３ ステーション
２４ 清掃ライン

Claims (2)

1. ソーラーパネルの受光面上に配置される本体と、
   前記本体を前記受光面上で自走させる自走手段と、
   前記本体に搭載され、前記受光面を清掃する清掃手段とを備え、
   前記本体を所定の清掃ラインに沿って走行させるソーラーパネル清掃装置において、
   前記本体の走行方向の前記清掃ラインからのずれを検出する方向ずれ検出手段と、
   前記本体の走行距離を検出する距離検出手段と、
   前記本体の走行方向を操舵する操舵手段とを設け、
   前記受光面が一方向に傾斜するものであり、
   前記清掃ラインが、前記受光面の傾斜方向と直交方向に沿って、且つ、前記傾斜方向に間隔を空けて複数設定されており、
   前記複数の清掃ラインを前記傾斜方向の上側から下側に順番に走行しながら、前記受光面を清掃し、
   前記方向ずれ検出手段で刻々検出される走行方向のずれ角と、このずれ角が検出されるときに前記距離検出手段で検出される刻々の走行距離との積である刻々のずれ量を積算した全ずれ量に該当する制御パラメータを演算し、この制御パラメータをゼロとするように前記操舵手段を制御することを特徴とするソーラーパネル清掃装置。
2. 前記本体の絶対位置を検出する絶対位置検出手段を設け、この絶対位置検出手段の出力に基づいて、前記本体を所定の位置に移動させるようにした請求項１に記載のソーラーパネル清掃装置。

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