JP6583056B2 - アルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法とナノバブル含有アルカリイオン水生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、屋外に設置された既設のアルミフレーム付き太陽光アレイの表面を洗浄するアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法と当該洗浄方法に利用されるナノバブル含有アルカリイオン水の生成方法（ナノバブル含有アルカリイオン水生成方法）に関するものである。

再生可能エネルギーの一つとして太陽光発電が注目されている。太陽光発電に用いられる太陽光パネルは平地や屋根の上などの屋外に野晒しの状態で設置されるため、その表面には、花粉や鳥の糞、落ち葉、黄砂、ＰＭ２．５等（本願において、これらをまとめて「汚れ」という）が付着する。太陽光パネルの受光面に汚れが付着すると、取り込まれる光の量が減少して発電量が低下することから、これを回避するためには定期的に太陽光パネルの表面を洗浄する必要がある。

従来、太陽光パネルの表面は、高圧洗浄機によって洗浄液を高圧噴射して洗浄する方法や、ブラシやポリッシャーで研磨する方法等によって洗浄されていた（例えば、特許文献１〜３等）。これらの方法では、化学洗剤（界面活性剤）を用いて太陽光パネル表面の汚れを取り除いたのち、汚れを含む化学洗剤を水で洗い流し、太陽光パネル表面に残った水を拭き取ることによって洗浄が行われる。

特開２００２−２７３３５１号公報 特開２０１６−０１６３６４号公報 特開２０１５−１３８８５４号公報

太陽光パネルの表面は精密且つ繊細であるため、太陽光パネル表面に洗浄液を高圧噴射する方法ではセルが圧迫されて損傷することがあり、太陽光パネル表面をブラシやポリッシャーで研磨する方法では、太陽光パネル表面を削るなどして損傷することがある。太陽光パネル表面にコーティングが施されている場合には、高圧洗浄機での高圧洗浄やブラシ等での洗浄がコーティング剥離の一因となることもある。また、化学洗剤を用いる場合には、太陽光パネル表面にダメージを与えることがあるほか、太陽光パネル表面に残った化学洗剤によって発電効率が低下したり、化学洗剤の残留物によってアルミニウム（本願において「アルミ」という）製のフレームが腐食したりする等の弊害もある。このような事情から、洗浄に際して化学洗剤を使用することを禁止しているパネルメーカーもある。

化学洗剤を用いる方法では、化学洗剤を洗い流すために大量の水が必要とされる。化学洗剤の洗い流しには水道水や井戸水が使用されるが、水道水や井戸水にはミネラルやカルキ、カルシウムなどが含まれており、これらの蓄積は発電効率の低下につながる。このような事情から、パネルメーカーの中には、水道水や井戸水を用いて洗浄をした場合には、保証がきかないと明記しているところもある。また、太陽光パネルの洗浄に使用される水の量は非常に多く、一般的な２５０Ｗの太陽光パネル４０００枚（１ＭＷ分）を洗浄するのに、およそ４００００Ｌの水が使用される。加えて、洗い流し後の拭き取り作業には多くの人員が必要であるため、太陽光パネルのオーナーは、水道代のほか多くの人件費を負担しなければならず、経済的な負担が大きい。

さらに、水道水や井戸水を使用する洗浄方法では、水源や水道施設が必須であるが、太陽光パネルが設置される場所によっては水源や水道施設がない場合もある。この場合、水源として給水車を配備する必要があるが、給水車を配備するための費用や給水車を運転する運転手の人件費の分だけ一層負担が増加する。

また、産業排水にはＣＯＤ（化学的酸素要求量）やＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、ｐＨ（水素イオン濃度）、ＳＳ（浮遊物質）、ノルマルヘキサン（油分）等の項目に関する排出基準が設けられ、基準値を上回る排水はそのままでは排出することができない。河川等を汚染する最大の原因であるＣＯＤは、界面活性剤を含有するか否かが影響するため、化学洗剤を用いる場合には、排水が基準値を下回るような処理をしなければならず、この処理にも多大なコストがかかる。

本発明の解決課題は、従来の洗浄方法に比して少量の洗浄水で従来方法と同程度の洗浄効果を得ることができ、太陽光パネル表面に損傷やその他のダメージを与えることがなく、洗浄後の洗浄水を何ら処理することなく排出することができる、経済的かつ自然環境に優しいアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法と当該洗浄方法に利用されるナノバブル含有アルカリイオン水生成方法を提供することにある。

本発明のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法は、屋外に設置された、アルミフレームに複数枚の太陽光パネルが設けられたアルミフレーム付き太陽光アレイの洗浄方法であって、アルミフレーム付き太陽光アレイの表面に、アルカリイオン水とナノバブル含有純水とを混合して生成されたナノバブル含有アルカリイオン水、又はナノバブルを含有させたアルカリイオン水と純水若しくは超純水とを混合して生成されたナノバブル含有アルカリイオン水をアルミフレーム付き太陽光アレイ値は別の装置である噴霧器で噴霧して、当該アルミフレーム付き太陽光アレイの表面に付着した汚れを浮き上がらせ、その浮き上がらせた汚れを含むナノバブル含有アルカリイオン水を、その乾燥前に前記アルミフレーム付き太陽光アレイの表面から除去することによって前記アルミフレーム付き太陽光アレイを洗浄する方法である。

本発明のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法は、次の効果を奏する。
（１）化学洗剤を使用しないため、アルミフレーム付き太陽光アレイの表面にダメージを与えることがない。
（２）界面活性剤を含まない洗浄水を用いる（化学洗剤を使用しない）ため、何ら処理をしなくともＣＯＤの値が排出基準を下回り、洗浄後の汚れを含む洗浄水をそのまま排出しても、自然環境を害することがない。
（３）化学洗剤を洗い流す必要がないため、洗浄に使用する水量を大幅に減らすことができる。例えば、従来およそ４００００Ｌの水を使用していたような事例でされていたような太陽光パネルの洗浄を５００Ｌ程度の水量で行うことができる。
（４）化学洗剤を洗い流す必要がないため、水道施設がないところでも洗浄を行うことができる。また、水道施設がない場合でも、給水車を配備する必要がないため、洗浄に要するコストを大幅に削減することができる。
（５）ブラシやポリッシャーを使用しないため、物体（太陽光パネル）の損傷やコーティングの劣化が生じにくい。
（６）汚れや油等に吸着する性質を有する極微細泡を含有した洗浄水を使用するため、物体（太陽光パネル）表面を確実に洗浄することができる。

（ａ）〜（ｃ）は本発明のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法の作用説明図。

（実施形態）
本発明のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法（以下「洗浄方法」という）の実施形態の一例について説明する。この実施形態の洗浄方法は、アルミフレームに複数枚の太陽光パネルが設けられたアルミフレーム付き太陽光アレイの表面にマイクロバブル若しくはナノバブル又はこれらよりも細かいバブル（本願において、マイクロバブルよりも細かいバブルを「極微細泡」という）を含有した洗浄水（本願において「泡含有洗浄水」という）を噴霧して、当該太陽光パネルの表面に付着した汚れを前記洗浄水で吸着して浮き上がらせ、その浮き上がらせた汚れを含む泡含有洗浄水を太陽光パネルの表面から除去することによって当該太陽光パネルを洗浄する方法である。なお、本願において、マイクロバブルとは直径がマイクロサイズの泡を、ナノバブルとは直径がナノサイズの泡をいう。また、太陽光パネルとは、必要枚配列した太陽電池素子（セル）を強化ガラスなどで保護してパッケージ化したいわゆるモジュールを意味するが、本願において、太陽光パネルの洗浄方法という場合には、単体の太陽光パネル（モジュール）の洗浄のみならず、モジュールを複数枚並べて接続したいわゆるアレイを洗浄する場合も含むものとする。

［泡含有洗浄水］
本発明の洗浄方法では、泡含有洗浄水として、例えば、極微細泡を含有したアルカリイオン水（本願において「泡含有アルカリイオン水」という）や極微細泡を含有した純水又は超純水（本願において、これらを「泡含有純水」という）等を用いることができる。泡含有アルカリイオン水は、ｐＨ８〜１３．５程度とすることができるが、フレームや架台がアルミ製である場合、アルミに対してアタック性のないｐＨ１１以下とするのが好ましい。

一般に、ｐＨ１１以下のアルカリイオン水は、ｐＨ１２やｐＨ１３のアルカリイオン水に比べて洗浄力が劣るが、本発明では、アルカリイオン水に極微細泡を含有させることによって、ｐＨ１２やｐＨ１３の強アルカリイオン水と同等の洗浄力を発揮できるようにしてある。

泡含有アルカリイオン水は、例えば、ｐＨ１２〜１３．５程度のアルカリイオン水と、泡含有純水とを用意し、両者を所定分量ずつ混合することによって生成したり、極微細泡を含有させたｐＨ１２〜１３．５程度のアルカリイオン水と、純水又は超純水を所定分量ずつ混合して生成したりすることができる。なお、ここに示す泡含有アルカリイオン水の生成方法は一例であり、これ以外の方法で生成することもできる。

なお、この実施形態では、泡含有洗浄水を用いて洗浄をする場合を一例としているが、場合によっては、極微細泡を含有しないｐＨ８〜１３．５程度のアルカリイオン水、好ましくはｐＨ１１以下のアルカリイオン水を洗浄水として用いることもできる。

［泡含有洗浄水の噴霧］
泡含有洗浄水は、既存の噴霧装置などで噴霧することができる。噴霧装置としては、例えば、株式会社工進の「エンジン噴霧器（型番：ＭＳ−ＥＲＨ５０ＴＨ８５）」等を用いることができる。噴霧する液体の量は、太陽光パネルの汚れの程度や設置場所の環境（湿度や温度など）に応じて適宜調整することができるが、一例として２５０Ｗの太陽光パネルの場合は、一枚あたり８０ｃｃ〜１２０ｃｃ程度の量を噴霧すれば十分な洗浄効果を得られる。噴霧する泡含有洗浄水は、超微霧や微霧、細霧等など、粒径の小さなものが好ましい。なお、超微霧や微霧、細霧の定義は諸説あるが、本願では、粒径１０μｍ以下のものを超微霧と、超微霧よりも大きく且つ粒径１００μｍ以下のものを微霧と、微霧よりも大きく且つ粒径３００μｍ以下のものを細霧という。

泡含有洗浄水としてｐＨ１１以下の泡含有アルカリイオン水を用いる場合、アルミに対するアタック性がないため、太陽光パネル表面のアルミフレームに泡含有洗浄水がかかっても問題ない。このため、これら複数枚の太陽光パネルが連結されている（太陽光アレイとし設置されている）場合には、一連の流れの中で太陽光パネルの受光面（強化ガラスカバー）とアルミフレームとをまとめて洗浄することができる。このように連続的な洗浄が可能となることで、作業時間の大幅な低減が期待できる。

［泡含有洗浄水の除去］
泡含有洗浄水を噴霧して太陽光パネル表面の汚れを浮き上がらせた後、当該太陽光パネル表面の汚れを吸着した泡含有洗浄水をスキージーなどの除去手段によって太陽光パネル表面から除去する。汚れを含んだ泡含有洗浄水はスキージー以外の手段、例えば布などの拭き取り手段やスポンジなどの吸水手段等によって除去することができる。スキージーなどの除去手段での除去後に、布材やスポンジなどで残りの汚れや水分を除去するようにしてもよい。

（作用）
本発明の作用について、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。ここでは、液体として超純水を用いて生成されたｐＨ１１の泡含有アルカリイオン水を用いる場合を一例として説明する。
（１）アルカリイオン水はクラスターが非常に細かいため、太陽光パネル表面に泡含有アルカリイオン水を噴霧すると、太陽光パネルとその表面に付着した汚れの間（界面）に泡含有アルカリイオン水が浸透する（図１（ａ））。アルカリイオン水には、イオンの効果によって汚れを包み込む界面活性効果があるため、界面に浸透した泡含有アルカリイオン水によって汚れが包み込まれる。また、泡含有アルカリイオン水中の極微細泡の表面張力によって、太陽光パネル表面の汚れが当該極微細泡の表面に吸着される。
（２）泡含有アルカリイオン水が太陽光パネルとその表面に付着した汚れの界面に浸透すると、太陽光パネル表面がマイナスに帯電し、泡含有アルカリイオン水と太陽光パネルが反発し、泡含有アルカリイオン水で包み込んだ汚れが太陽光パネルから剥離される（図１（ｂ））。また、泡含有アルカリイオン水中の極微細砲が太陽光パネル表面に接触して圧壊すると、その衝撃によって太陽光パネル表面の汚れが当該太陽光パネルから剥離される。剥離された汚れは、泡含有アルカリイオン水によって乳化される（汚れが微粒子にされて泡含有アルカリイオン水に分散される）。
（３）太陽光パネル表面に付着した汚れを剥離して太陽光パネル表面に浮き上がらせた後、当該汚れを含む泡含有アルカリイオン水を太陽光パネル表面から除去することで、太陽光パネル表面が洗浄される（図１（ｃ））。なお、ｐＨ１１の泡含有アルカリイオン水は洗浄時に汚れと反応することでｐＨ８以下となる。ｐＨ８以下の排水は産業排水の排出基準を下回る値であるため、別途処理をすることなく排出することができる。

（試験例）
本件出願人は、本発明の洗浄方法について試験を行った。試験概要及び試験結果は次のとおりである。

［試験概要］
試験年月日：２０１５年６月９日〜１０日
試験場所：栃木県栃木市
試験対象：設置後２年経過した太陽光パネル（株式会社Ｌｏｏｏｐ製の「Ｌｏｏｏｐ２５５Ｗ多結晶「型番：ＬＰ−２５５Ｐ−６０Ｈ」）
使用機器等：
（１）発電量計測機器
発電量の計測には、新栄電子計測器株式会社製の「太陽光発電Ｉ−Ｖカーブトレーサ（型番：ＩＶＨ−２０００Ｚ）」を用いた。
（２）噴霧装置
泡含有洗浄水の噴霧には、株式会社工進の「エンジン噴霧器（型番：ＭＳ−ＥＲＨ５０ＴＨ８５）」を用いた。泡含有洗浄水は、約１０２０ｃｃ／分のペースで噴霧した。
（３）洗浄水
洗浄水には、ｐＨ１１の泡含有アルカリイオン水を用いた。
試験方法：
（１）洗浄前の太陽光パネル（本願において「洗浄前パネル」という）の発電量計測
洗浄前に太陽光パネル１枚ずつコネクタを取り外し、当該太陽光パネルの発電量を計測した。この時、発電量を日射計とリンクさせて計測することによって日射量による影響を排除し、発電量の計測誤差が生じないようにした。
（２）太陽光パネルの洗浄
本発明の洗浄方法によって太陽光パネルを洗浄した。具体的には、噴霧装置で太陽光パネルの表面に泡含有アルカリイオン水を噴霧したのち、太陽光パネル表面の汚れを含んだ泡含有アルカリイオン水をスクレーパーで除去することによって、太陽光パネルを洗浄した。
（３）洗浄後の太陽光パネル（本願において「洗浄後パネル」という）の発電量計測
洗浄後、洗浄後パネルの発電量を計測した。洗浄前パネルの発電量の計測と同様、発電量は日射計とリンクさせて計測した。
（４）劣化率の劣化率の算出
前記（１）の計測によって得られた洗浄前パネルの発電量を株式会社Ｌｏｏｏｐ製のＬＰ−２５５Ｐ−６０Ｈの公式性能と比較して、洗浄前パネルの発電量の劣化率（本願において「洗浄前パネル劣化率」という）を算出した。同様に、前記（３）の計測によって得られた洗浄後パネルの発電量を前記ＬＰ−２５５Ｐ−６０Ｈの公式性能と比較して、洗浄後パネルの発電量の劣化率（本願において「洗浄後パネル劣化率」という）を算出した。
（５）劣化率の比較による改善率の算出
前記（４）で算出された洗浄前パネル劣化率と洗浄後パネル劣化率を比較して、洗浄後パネルの発電量が洗浄前パネルの発電量と比べてどれだけ改善したかを表す改善率を算出した。

［試験結果］
前記試験の結果を、表１に示す。

（１）表１に示すとおり、洗浄前パネル劣化率は、太陽光パネル１が−１０．１％、太陽光パネル２が−９．１％、太陽光パネル３が−８．１％、太陽光パネル４が−９．３％、太陽光パネル５が−７．８％、太陽光パネル６が−８．８％、太陽光パネル７が−９．１％、太陽光パネル８が−９．２％、太陽光パネル９が−９．３％、太陽光パネル１０が−８．３％、太陽光パネル１１が−８．１％であり、平均すると−８．８％（８．８％の劣化）であった。
（２）他方、洗浄後パネル劣化率は、太陽光パネル１が−２％、太陽光パネル２が−３．１％、太陽光パネル３が−１．８％、太陽光パネル４が−１．９％、太陽光パネル５が−１．１％、太陽光パネル６が−２．２％、太陽光パネル７が−２．３％、太陽光パネル８が−１．９％、太陽光パネル９が−１．９％、太陽光パネル１０が−２．０２％、太陽光パネル１１が−２．０７％であり、平均すると−２．０２％（２．０２％の劣化）であった。
（３）上記（１）の洗浄前パネル劣化率と（２）洗浄後パネル劣化率との差、すなわち、改善率は、太陽光パネル１が８．１％、太陽光パネル２が６％、太陽光パネル３が６．３％、太陽光パネル４が７．４％、太陽光パネル５が６．７％、太陽光パネル６が６．６％、太陽光パネル７が６．８％、太陽光パネル８が７．３％、太陽光パネル９が７．４％、太陽光パネル１０が６．２８％、太陽光パネル１１が６．０３％であり、平均すると６．７８％（６．７８％の改善）であった。

［考察］
前記試験結果から、本発明の洗浄方法で太陽光パネルを洗浄することによって、洗浄後パネル劣化率が大幅に改善すること、すなわち、洗浄後の太陽光パネル（洗浄後パネル）の発電量は、洗浄前の太陽光パネル（洗浄前パネル）の発電量よりも増えていることがわかる。前記試験結果の（３）に示す改善率は、ブラシやポリッシャー、化学洗剤を用いて太陽光パネル表面を洗浄した場合と同程度の改善率である。本発明の洗浄方法は、ブラシやポリッシャー、化学洗剤、洗い流し用の大量の水を使用することなく、これらを用いた場合と同程度の洗浄効果を奏するという点において、従来の洗浄方法と比較した有利な効果がある。また、ブラシやポリッシャー、化学洗剤、洗い流し用の大量の水を使用する必要がないため、こられを使用する場合の諸問題が生じないという点においても、従来の洗浄方法と比較した有利な効果がある。

本発明の洗浄方法は、アルミフレーム付き太陽光アレイのほか、建物内のフロアや一般家庭や飲食店に設置されているシステムキッチンといった各種物体の洗浄に用いることもできる。

Claims (6)

1. 屋外に設置された、アルミフレームに複数枚の太陽光パネルが設けられたアルミフレーム付き太陽光アレイの洗浄方法であって、
   前記アルミフレーム付き太陽光アレイの表面に、アルカリイオン水とナノバブル含有純水とを混合して生成されたナノバブル含有アルカリイオン水、又はナノバブルを含有させたアルカリイオン水と純水若しくは超純水とを混合して生成されたナノバブル含有アルカリイオン水を噴霧器で噴霧して、当該アルミフレーム付き太陽光アレイの表面に付着した汚れを浮き上がらせ、
   前記浮き上がらせた汚れを含むナノバブル含有アルカリイオン水を、その乾燥前に前記アルミフレーム付き太陽光アレイの表面から除去することによって前記アルミフレーム付き太陽光アレイを洗浄する、
   ことを特徴とするアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法。
2. 請求項１記載のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法において、
   ナノバブル含有アルカリイオン水がｐＨ１１以下である、
   ことを特徴とするアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法。
3. 請求項２記載のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法において、
   ｐＨ１１以下のナノバブル含有アルカリイオン水は、ｐＨ１２〜１３．５のアルカリイオン水とナノバブル含有純水とを混合することにより生成された、或いは、ナノバブルを含有させたｐＨ１２〜１３．５のアルカリイオン水と純水若しくは超純水とを混合して生成された、
   ことを特徴とするアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法において、
   アルミフレーム付き太陽光アレイの表面から除去されたナノバブル含有アルカリイオン水がｐＨ８以下である、
   ことを特徴とするアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法において、
   ナノバブル含有アルカリイオン水をエンジン噴霧器で噴霧する、
   ことを特徴とするアルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法。
6. アルミフレーム付き太陽光アレイ洗浄方法に用いるナノバブル含有アルカリイオン水の生成方法であって、
   ｐＨ１２〜ｐＨ１３．５のアルカリイオン水とナノバブル含有純水とを混合することによって、或いは、ナノバブルを含有させたｐＨ１２〜ｐＨ１３．５のアルカリイオン水と純水若しくは超純水とを混合することによってｐＨ１１以下のナノバブル含有アルカリイオン水を生成する、
   ことを特徴とするナノバブル含有アルカリイオン水生成方法。

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