JP6487469B2 - 太陽光パネル洗浄装置および太陽光パネル洗浄方法 - Google Patents
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Description
太陽光パネルの洗浄に関する従来技術として、例えばパネル面に洗浄液を高圧で噴射して洗浄する方法(特許文献1)、重機の先端に設けた回転ブラシで走行しながらパネル面を洗浄する方法、人力でパネル面にブラシをかけて洗浄する方法などがある。
<1>パネル面は傾斜しており水切りが悪いため、洗浄後にパネル面に大量の洗浄液が残ってしまう。このため、濡れたパネル面に新たに粉塵が付着することで、洗浄前よりかえって汚れてしまう(再汚染)。また、残留した洗浄液が蒸発することでパネル面にスケール(ウォーターマーク)が残るおそれがある。
<2>大量の洗浄液を使用するため作業コストが高い。また、廃水の処理が必要となる。
<3>洗浄液を高圧で吹き付けるため、パネル面に傷をつけるおそれがある。
<4>大量の洗浄液を高圧で吹き付けるため、ガラスとフレームの隙間に水が浸入して故障の原因となる。
<1>回転ブラシとパネル面との接触時間が短いため、洗浄漏れが生じやすい。特に、乾燥してパネル面に固着した粉塵を有効に取り除くことができない。
<2>ブラシで直接こするためパネル面に傷を付けるおそれがある。パネル面が傷つくとパネルメーカーによる出力補償が打ち切られることがある。
<3>回転ブラシをパネル面と平行に接触させながら走行する必要があり、操作が難しい。このため、洗浄漏れやムラが生じるおそれがある。また、重機の接触により太陽光パネルを破損させるおそれがある。
<4>重機を走行させる空間が必要となるため、アレイ間の間隔が広い場所以外で使用できない。
<1>粒径の大きい粉塵は水粒の噴射によって弾き飛ばし、粒径の小さい粉塵は水滴に溶かし込んだ上で、気体の噴射によって吹き飛ばす。パネル面上を進行しながら、これらの作業を同時並行的に行うため、洗浄効果が非常に高く、洗浄効率がよい。
<2>パネル面上を走行しながら、ノズルを往復揺動して洗浄液と気体を連続噴射するため、少量の洗浄液と気体で広い面積を洗浄することができる。
<3>少量の洗浄液で洗浄し、洗浄後の水滴を気体で吹き飛ばすため、パネル面に水滴が残りにくい。よって、残留水による再汚染やスケールが発生しにくい。
<4>少量の洗浄液で洗浄可能であるため作業コストが安く、廃水処理の必要がない。
<5>水粒と気体の噴射による非接触式の洗浄であるため、パネル面にキズをつけにくい。
<6>パネル上を走行しながら洗浄可能であるため、操作が容易で洗浄漏れやムラが生じにくい。
<7>一度の走行でパネル面の全面を洗浄可能であるため、作業効率が高く、作業コストが安い。
本明細書において「傾斜方向」とは、太陽光パネルの傾斜した下辺から上辺に向かう縦方向であり「水平方向」とは傾斜方向と直交する方向であって、太陽光パネルの連続方向を意味する。
「粉塵」とは、埃、砂、塵、花粉、降灰など、概ね数μm〜mm程度の物質であって、太陽光パネルの表面に堆積する物質全般を含む。
「射出角度θ」とは、洗浄液の射出方向が進行方向前方に向いた状態において、射出方向とパネル面とによって形成される角度を意味する(図4)。
<1>全体の構成(図1)。
本発明の太陽光パネル洗浄装置1は、太陽光パネルPのパネル面上を水平方向に走行しながらパネル面に洗浄液Wを噴射することによって、パネル面を非接触式に洗浄する装置である。
太陽光パネル洗浄装置1は、本体部10と、本体部10に付設する複数の洗浄部20と、本体部10に付設する複数の走行部30と、を少なくとも備える。
洗浄作業時には、太陽光パネル洗浄装置1は、洗浄部20に高圧の気体Gを供給する送気手段2、および洗浄液Wを供給する送水手段3と、それぞれホース類で接続されるが、図1にはこれらを図示していない。
本体部10は、太陽光パネル洗浄装置1の主構造部材である。
本例では、本体部10は、アルミニウム製の躯体と、これを被覆する合成樹脂製のカバーと、を備える。
本体部10内には、洗浄部20の各種ホース類や、走行部30のモータやバッテリーなどが収容される。
本体部10の長手方向の長さを太陽光パネルPの傾斜方向の幅に対応させると、一度の通過で太陽光パネルPの全面を洗浄することができる。
洗浄部20は、太陽光パネルPのパネル面に洗浄液Wと気体Gとを噴射する部材である。
本例では、本体部10の下部から太陽光パネルPのパネル面方向に向けて複数の洗浄部20を並列する。各洗浄部20間の間隔は、隣り合う洗浄部20の洗浄範囲が一部重なるように設定する。
本例では、洗浄液Wのパネル面に対する射出角度θが30°になる向きに洗浄部20を設定する。射出角度θについては後述する。
それぞれの洗浄部20は、噴射口21と、気体ユニット22と、液体ユニット23と、ベース24と、を備える。
噴射口21は、洗浄液Wと気体Gとを内部で合流させるための部材であり、本例では両端が連通する筒状体を採用する。
気体ユニット22は、先端が噴射口21に接続し、後端がベース24に軸支される。
液体ユニット23は、先端が噴射口21に接続する。
ベース24は、本体部10と接続する基部であり、噴射口21、気体ユニット22、および液体ユニット23、を被覆するケースを含む(図3)。
なお、洗浄部20は本体部10の下部に限らず、上部からパネル面に向けて付設してもよい。
気体ユニット22は、噴射口21内から外部へ気体Gを噴射する部材である。
本例では、気体ユニット22は、気体ノズル22aと、気体ノズル22aに接続して気体Gを圧送する気体ホース22bと、スイングバー22cと、を備える。
気体ノズル22aは、噴射口21の開口部の一端に接続し、他端から外部へ気体Gを噴出する。
気体ホース22bは、本体部10の内部を通って外部へ延伸され、後述する送気手段2に接続される。気体ホース22bは、可撓性を備えた合成樹脂製のホースなどを採用する。
スイングバー22cは、スイングバー22cの長手方向に対して上下方向に直交する支軸によって、一端が気体ノズル22aに、他端がベース24に、それぞれ軸支される。
これよって、気体ノズル22aが、進行方向に対して左右へ往復揺動可能に構成されている(図3)。
液体ユニット23は、噴射口21内に洗浄液Wを供給する部材である。
本例では、液体ユニット23は、液体ノズル23aと、液体ノズル23aに接続する液体ホース23bと、を備える。
液体ノズル23aは、噴射口21の側壁に接続し、噴射口21の内部に向けて洗浄液Wを噴出する。
液体ホース23bは、本体部10の内部を通って外部へ延伸され、後述する送水手段3に接続される。液体ホース23bは、可撓性を備えた合成樹脂製のホースなどを採用する。
洗浄部20の噴射機能について説明する。
本発明の太陽光パネル洗浄装置1は、洗浄部20が、洗浄液Wを気体Gによって水粒W1として射出すると同時に、気体Gを噴射する点に特徴がある。
洗浄時、液体ユニット23は、噴射口21の側壁から内部に向かって、液体ノズル23aから洗浄液Wを噴出する。これと同時に、気体ユニット22が、気体ノズル22aから噴射口21の開口方向に気体Gを噴射する。
気体Gの噴射によって、噴射口21内の洗浄液Wが微細な水粒W1に細分化され、噴射口21から外部へ加速しながら射出される。
同時に気体Gも噴射口21から外部へ噴射される。
洗浄部20の揺動機能について説明する。
本発明の太陽光パネル洗浄装置1は、洗浄部20が、気体ノズル22aを進行方向に対して左右に往復揺動しながら洗浄する点に特徴がある。
本例では、気体Gの噴出によって生じる反力と、屈曲する気体ホース22bの復元力とを利用して、気体ノズル22aを連続して往復揺動させる。
具体的な作動について、気体ノズル22aとスイングバー22cが、いずれも進行方向左側を向いた状態から説明する。
(1)気体ノズル22aが気体Gを噴出すると、噴出の反力で気体ノズル22aが、スイングバー22cのベース24との支軸を中心にケース内の右側に揺動する。これに伴い、気体ホース22bが気体ノズル22aの揺動方向(右側)へ湾曲する。
(2)気体ホース22bの湾曲によって、気体ホース22bの先端に接続された気体ノズル22aが、スイングバー22cとの支軸を中心に一定角度時計回りに回転する(図3(A))。
(3)気体ノズル22aの回転に伴い、気体Gの噴射方向が気体ノズル22aの支軸を中心に一定角度時計回りに回転する。
(4)気体ノズル22aから噴射される気体Gの反力と、撓んだ気体ホース22bが直線形状に復元しようとする弾力によって、スイングバー22c先端の気体ノズル22aがケース内の中央に向って振り戻される。
(5)振り戻しの勢いによって、気体ノズル22aがケース内の中央を超えて左側へ揺動する(図3(B))。
(6)上記(1)〜(5)が左右交互に、連続して繰り返される。
なお、洗浄部20の往復揺動の手段は上記に限られず、例えば走行部30の駆動力を洗浄部20に機械的に伝達して揺動させてもよい。
走行部30は、太陽光パネル洗浄装置1を走行させるための部材である。
本例では、走行部30として、本体部10の両端および中央の下部に付設した3機の電動ゴムクローラを採用する。
ゴムクローラは走行が安定している上、走行時に太陽光パネルPのパネル面を傷付けにくい。なお、これに限られず、ゴムタイヤなどを採用してもよい。
電動ゴムクローラの稼働電力は、電気ケーブルを介して外部から供給する。このほか、本体部10にバッテリーを搭載してこれを利用してもよい。
送気手段2は、太陽光パネル洗浄装置1の洗浄部20に気体Gを供給する装置である。送気手段2は、洗浄部20の気体ホース22bに接続する。
本例では、送気手段2として、大気を圧縮して高圧気体として供給するコンプレッサーと、気体圧を調整するレギュレーターの組合せを採用する。
送水手段3は、太陽光パネル洗浄装置1の洗浄部20に洗浄液Wを供給する装置である。送水手段3は、洗浄部20の液体ホース23bに接続する。
本例では、送水手段3として、貯水タンクと、貯水タンク内の洗浄液Wを加圧するコンプレッサーの組合せを採用する。
本例では、洗浄液Wに水を採用する。但しこれに限られず、洗剤を含有した洗浄液を採用してもよい。洗浄液Wに純水を使用する実施例については後述する。
<1>全体の構成(図4)。
引き続き、本発明の太陽光パネル洗浄装置1を用いた洗浄方法について説明する。
本発明の太陽光パネル洗浄方法は、太陽光パネル洗浄装置1を太陽光パネルPのパネル面上に水平方向に走行させながら、パネル面へ水粒W1を射出するとともに、気体Gを噴射して洗浄する洗浄方法である。
図4は、本発明の太陽光パネルの洗浄方法の説明図である。説明にあたり、太陽光パネルPのパネル面を、太陽光パネル洗浄装置1からの距離に応じて手前から奥へ、第一洗浄エリアA1、第二洗浄エリアA2、第三洗浄エリアA3、および未洗浄エリアA4と定義する。
以下では説明の便宜上、未洗浄エリアA4、第三洗浄エリアA3、第二洗浄エリアA2、第一洗浄エリアA1の順に記載する。
未洗浄エリアA4のパネル面には粉塵Dが堆積している。
以下では、粉塵Dを、大気塵や黄砂など、相対的に径の小さい小粉塵D1と、砂塵や花粉など、相対的に径の大きい大粉塵D2に分けて説明する。
但し、これらの区分は便宜上のものであり、実際には各種の粒径の粉塵Dが入り混じって存在し、その粒径、重量、形状などによって、小粉塵D1として洗浄されたり、大粉塵D2として洗浄される。
太陽光パネル洗浄装置1の進行にしたがって、パネル面が第三洗浄エリアA3に入ると、後述する第一洗浄エリアA1のパネル面に反射して飛来してきた水粒W1が、第三洗浄エリアA3のパネル面上に落下して水滴W2となる。
水滴W2は落下の勢いと太陽光パネルPの傾斜により、周囲の小粉塵D1をその内部に取り込みながらパネル面上を転がり、含塵水滴W3となる。
パネル面上の小粉塵D1が乾燥してパネル面に固着している場合であっても、水滴W2が固着した小粉塵D1を覆い続けることによってパネル面から剥離させ、内部に取り込むことができる。
パネル面が第二洗浄エリアA2に達すると、気体Gの噴射圧が高まり、含塵水滴W3が内部に取り込んだ小粉塵D1ごとパネル面外に吹き飛ばされる。
第一洗浄エリアA1では、洗浄部20から射出された水粒W1がパネル面上に残った大粉塵D2に衝突し、大粉塵D2をパネル面外に弾き飛ばす。
また、大粉塵D2を弾き飛ばした水粒W1と、大粉塵D2に当たらなかった水粒W1は、パネル面に反射して第三洗浄エリアA3に落下し、水滴W2となる(<1.2>へ続く)。
以上で太陽光パネルPのパネル面の粉塵Dが全て除去される。
なお、パネル面上の洗浄液Wは気体Gによって全て吹き飛ばされるため、洗浄後のパネル面上に洗浄液Wは残らない。
本発明の太陽光パネル洗浄方法は、粒径の大きい粉塵D2を水粒W1の射出によって弾き飛ばし、粒径の小さい粉塵D1を水滴W2に溶かし込んだ上で、気体Gの噴射によって吹き飛ばす。
これらの工程を、太陽光パネル洗浄装置1を進行させながら同時並行して行うことで、少量の洗浄液Wで極めて高い洗浄効果を発揮することができる。
本発明の太陽光パネル洗浄方法は、太陽光パネルPのパネル面上の粉塵Dを洗浄液Wの水粒W1によって弾き飛ばす技術である。
ここで、射出角度θが大きすぎると、水粒W1がパネル面に強く衝突して拡散するため、粉塵Dを遠くまで弾き飛ばすことができなくなる。また、水粒W1をパネル面に反射させて離れたパネル面上に落下させることができなくなる。
一方、射出角度θが小さすぎると、洗浄液Wが広範囲に拡散しすぎて洗浄力が弱くなる。
従って、パネル面に対する洗浄液Wの射出角度θを適切に設定する必要がある。
以上を踏まえると、射出角度θは15°以上45°以下の範囲内で設定するのが望ましい。本例では、射出角度θを30°に設定する。
本発明の太陽光パネル洗浄方法は、少量の洗浄液Wを気体Gによって射出することで、太陽光パネルPを効果的に洗浄する技術である。
ここで、気体Gの噴出量に対する洗浄液Wの噴出量が多すぎると、パネル面が洗浄液Wに浸されて、洗浄後も洗浄液Wが残り、再汚染やスケールが発生する。
一方、洗浄液Wの噴出量が少なすぎると、水粒W1の射出量が減り、パネル面上の粉塵Dを完全に弾き飛ばすことができなくなる。
従って、気体ユニット22より供給する気体Gの噴出量と、液体ユニット23より供給する洗浄液Wの噴出量の比率(W/G)を適切に設定する必要がある。
以上を踏まえると、洗浄液Wの噴出量は、気体Gの噴出量の、0.1〜1.0%程度に設定するのが望ましい。この比率内であれば、パネル面を有効に洗浄可能であって、かつ余分な洗浄液Wがパネル面に残りにくい。
本例では、洗浄液W0.3L/minに対し、気体G200L/minを圧力0.5MPaで供給する(W/G=0.15%)。
純水とは、有機成分、無機成分、菌類などの不純物を含まない、あるいは殆ど含まない純度の高い水である。
例えば、イオン交換式、EDI(電気再生)式、逆浸透膜式などの純水器で純水を精製し、これを送水手段3から液体ユニット23に供給して洗浄液Wとして利用することができる。
純水は不純物を含まないため、物質溶解能力が非常に高い。そのため、粉塵Dを単に洗い流すだけでなく、積極的に溶解して吸収することができる。
また、純水は絶縁体であるため、静電気が発生しやくすく、静電気によって、周囲の粉塵Dを引き寄せ、純水内に捕捉することができる。そのため、通常の水道水による洗浄に比べ、洗浄能力が非常に高い。
さらに、純水は、蒸発しても残留物が残らないため、洗浄後に太陽光パネルPの表面にスケールが発生しにくい。
以上より、太陽光パネルPをより効果的に洗浄することできる。
10 本体部
20 洗浄部
21 噴射口
22 気体ユニット
22a 気体ノズル
22b 気体ホース
22c スイングバー
23 液体ユニット
23a 液体ノズル
23b 液体ホース
24 ベース
30 走行部
2 送気手段
3 送水手段
P 太陽光パネル
A1 第一洗浄エリア
A2 第二洗浄エリア
A3 第三洗浄エリア
A4 未洗浄エリア
D 粉塵
D1 小粉塵
D2 大粉塵
W 洗浄液
W1 水粒
W2 水滴
W3 含塵水滴
G 気体
θ 射出角度
Claims (6)
- 太陽光パネルのパネル面上を進行しながらパネル面を洗浄する、太陽光パネル洗浄装置であって、
本体部と、
前記本体部に付設する複数の洗浄部と、
前記本体部に付設する複数の走行部と、を備え、
前記洗浄部は、噴射口と、気体ユニットと、液体ユニットと、ベースと、を有し、
前記気体ユニットは、一端が前記噴射口に接続し、他端が前記ベースに接続し、前記噴射口内に気体を噴出し、
前記液体ユニットは、一端が前記噴射口に接続し、前記噴射口内に洗浄液を噴出し、
前記気体ユニットが噴出した気体が、前記液体ユニットが噴出した洗浄液を、進行方向前方の太陽光パネルのパネル面へ向けて水粒として射出し、
前記水粒の射出角度は、太陽光パネルのパネル面に対して15°以上45°以下であることを特徴とする、
太陽光パネル洗浄装置。 - 前記気体ユニットは、気体を噴射する気体ノズルと、前記気体ノズルに接続する気体ホースと、スイングバーと、を備え、前記スイングバーの一端が前記気体ノズルに軸支され、他端が前記ベースに軸支されていることで、前記気体ノズルを進行方向に対して左右へ往復揺動可能に構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の太陽光パネル洗浄装置。
- 前記気体ノズルは、気体の噴出によって生じる反力と、屈曲する前記気体ホースの復元力を利用して往復揺動することを特徴とする、請求項2に記載の太陽光パネル洗浄装置。
- 前記洗浄液の噴出量が、前記気体の噴出量の、0.1〜1.0%であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の太陽光パネル洗浄装置。
- 前記洗浄液が純水であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の太陽光パネル洗浄装置。
- 請求項1〜5の太陽光パネル洗浄装置を用いた太陽光パネルの洗浄方法であって、
太陽光パネルのパネル面を、進行方向の手前から奥に向かい、前記太陽光パネル洗浄装置からの距離に応じて、第一洗浄エリア、第二洗浄エリア、第三洗浄エリア、および未洗浄エリアと定義して、
前記洗浄部より前記第一洗浄エリアのパネル面に水粒を射出して、前記第一洗浄エリア上の粉塵を弾き飛ばす工程と、
前記第一洗浄エリアのパネル面に反射した前記水粒を前記第三洗浄エリアに落下させる工程と、
前記第三洗浄エリアに落下した水粒に粉塵を取り込こませて含塵水滴とする工程と、
前記洗浄部より前記第二洗浄エリアのパネル面に気体を吹き付けて前記含塵水滴を吹き飛ばす工程と、を含み、
前記太陽光パネル洗浄装置に太陽光パネルのパネル面上を走行させながら前記各工程を並行して行うことを特徴とする、
太陽光パネルの洗浄方法。
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