WO2019097628A1

WO2019097628A1 - 太陽光パネル除雪装置、太陽光パネル除雪機、および太陽光パネルの除雪方法

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Publication number: WO2019097628A1
Application number: PCT/JP2017/041268
Authority: WO
Inventors: 英明溝渕
Original assignee: 株式会社ＧｏｌｄｅｎＬｅａｆ－Ｗｏｒｋｓ
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-05-23
Also published as: JPWO2019097628A1

Abstract

太陽光パネルのパネル面に積層した雪を効率的に除去可能な太陽光パネル除雪装置、太陽光パネル除雪機、および太陽光パネル方法を提供する。本発明の太陽光パネル除雪装置は、フレームと、フレームに付設した長尺状のエアノズルと、エアノズルと接続した圧縮機と、を備え、エアノズルは、内部空間たるチャンバーと、チャンバーと外部を連通するラインスリットと、を有し、ラインスリットは、エアノズルの長手方向に沿って、太陽光パネルの傾斜方向の幅に対応した長さに形成され、圧縮機は、外気を取り込んで、外気より高圧かつ高温の圧縮空気を生成し、圧縮空気をチャンバーに圧送してラインスリットから外部へ噴射し、圧縮空気の噴射方向は、進行方向下方に向かって、０°超９０°未満の範囲内にあることを特徴とする。本発明の太陽光パネル除雪方法は、外気より高圧かつ高温の圧縮空気を太陽光パネル上の積雪に噴射し、パネル面上の積雪を粉砕して除雪することを特徴とする。

Description

太陽光パネル除雪装置、太陽光パネル除雪機、および太陽光パネルの除雪方法

　本発明は、太陽光パネルのパネル面に積層した雪を効率的に除雪可能な太陽光パネル除雪装置、太陽光パネル除雪機、および太陽光パネル除雪方法に関する。

　メガソーラーと呼ばれる大型太陽光発電施設は屋外に設置されるため、冬季にはパネル面に雪が積もって発電が妨げられる。また、積雪荷重によってパネルが架台ごと圧潰するおそれもある。
　特許文献１には、熱媒体通路と、太陽光集熱部と送給手段と、を備え、太陽光集熱部で温めた空気を太陽光パネルの下縁部に送給することで、パネル面上に降った雪を溶融させる融雪装置が開示されている。
　また、太陽光パネルの傾斜角を例えば４５°程度まで大きくして落雪させることでパネル面への積雪を防ぐ方法が実用化されている（非特許文献１）。

特開２０１２－１７２９５０号公報

「大規模太陽光発電システム導入の手引書（平成２３年３月：ＮＥＤＯ）」

　しかしながら、従来技術はいずれも積雪を予防するための技術であり、一度パネル面上に積もってしまった積雪を機械的に除雪する技術は現在まで実用化されていない。
　これは、機械的な除雪に次のような課題が内在するからである。
＜１＞積雪は寒暖差で再凍結を繰り返すことで表面が凍り付き硬化するため、除雪が難しい。硬化した積雪を破砕する為に大きなエネルギーを加えるとパネル面を破損させるおそれがある。
＜２＞ブラシなどの器具で直接こするとパネル面を傷つけるおそれがある。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＞ブラシなどの器具とパネル面との接触を保持したまま移動する操作が難しい。特に敷地内の積雪によって移動時に装置が揺れやすいため、パネル面を破損するおそれがある。
　また、手作業による除雪はいうまでもなく非効率で現実的でない。

　本発明は、これら実用上の課題を解決して、メガソーラーのような大規模な太陽光発電設備を効率的かつ損傷のおそれなく除雪することができる、太陽光パネル除雪装置、太陽光パネル除雪機、および太陽光パネル除雪方法を提供することにある。

　上記のような課題を解決するための、本発明の太陽光パネル除雪装置は、フレームと、フレームに付設した長尺状のエアノズルと、エアノズルと接続した圧縮機と、を備え、エアノズルは、内部空間たるチャンバーと、チャンバーと外部を連通するラインスリットと、を有し、ラインスリットは、エアノズルの長手方向に沿って、太陽光パネルの傾斜方向の幅に対応した長さに形成され、圧縮機は、外気を取り込んで、外気より高圧かつ高温の圧縮空気を生成し、圧縮空気をチャンバーに圧送してラインスリットから外部へ噴射し、圧縮空気の噴射方向は、進行方向下方に向かって、０°超９０°未満の範囲内にあることを特徴とする。

　本発明の太陽光パネル除雪装置は、エアノズルとパネル面が接触することを回避するための接触回避手段を備えていてもよい。

　本発明の太陽光パネル除雪装置は、回避手段が、フレームから下方に突出した緩衝ガイドであり、緩衝ガイドは、ガイドバーと、ガイドバーの先端に付設したキャスタと、を備え、緩衝ガイドはフレームに対して伸縮自在であってもよい。

　本発明の太陽光パネル除雪装置は、圧縮機が、遠心式圧縮機であってもよい。

　本発明の太陽光パネル除雪装置は、エアノズルの長軸を中心に、圧縮空気の噴射方向を回動可能な風向レバーを備えていてもよい。

　本発明の太陽光パネル除雪機は、太陽光パネル除雪装置と、太陽光パネル除雪装置を保持しながら太陽光パネルの連続方向に沿って、地盤上を走行可能な走行装置と、を備えることを特徴とする。

　本発明の太陽光パネル除雪装置は、太陽光パネル除雪装置と、太陽光パネル除雪装置を保持しながら太陽光パネルの連続方向に沿って、パネル面上を走行可能な走行装置と、を備えることを特徴とする。

　本発明の太陽光パネル除雪方法は、外気より高圧かつ高温の圧縮空気を太陽光パネル上の積雪に噴射し、パネル面上の積雪を粉砕して除雪することを特徴とする。

　本発明の太陽光パネル除雪装置、太陽光パネル除雪機、および太陽光パネル除雪方法は以上の構成を有するため、次の効果を備える。
＜１＞一度の走行で太陽光パネル全面を除雪できるため、作業効率が非常に高い。
＜２＞積雪を溶かしながら破砕して高圧で吹き飛ばすため除雪能力が高く、凍った雪も容易に除雪することができる。
＜３＞太陽光パネルに直接接触せずに除雪できるため、パネル面を傷つけるおそれがない。
＜４＞太陽光パネルとノズルとの距離を常に一定に保持できるため、操作が容易で熟練を要しない。

本発明に係る太陽光パネル除雪装置の説明図。エアノズルの説明図。緩衝ガイドの説明図。本発明に係る太陽光パネル除雪機の説明図。実施例２の説明図。実施例３の説明図。

　以下、図面を参照しながら本発明の太陽光パネル除雪装置、太陽光パネル除雪機、および太陽光パネル除雪方法について詳細に説明する。
　なお、本明細書において太陽光パネルの「幅」とは、太陽光パネルの傾斜した下辺から上辺に向かう傾斜方向の長さであり、太陽光パネルの「長さ」とは、幅に直交する長さであって、太陽光パネルの連続方向の長さを表す。

[太陽光パネル除雪装置]
＜１＞全体の構成（図１）。
　本発明の太陽光パネル除雪装置１は、太陽光パネルＰのパネル面上の積雪Ｓを効率的に除雪可能な装置である。
　太陽光パネル除雪装置１は、バックホウなどの走行装置２に付設して用いる。あるいはパネル面上を自走させて用いる。これらの構成については後述する。
　太陽光パネル除雪装置１は、フレーム１０と、長尺状のエアノズル２０と、エアノズル２０と接続した圧縮機３０と、を少なくとも備える。
　本例では、さらにエアノズル２０とパネル面の接触回避手段たる、緩衝ガイド４０を備える。

＜２＞フレーム。
　フレーム１０は、太陽光パネル除雪装置１の主構造部材である。フレーム１０は、長尺板状のフレーム本体１１を備える。フレーム本体１１の長手方向の幅は、太陽光パネルＰの傾斜方向の幅に対応させる。
　本例では、フレーム本体１１の上面に、太陽光パネル除雪装置１を走行装置２のアームなどに取付けるための接続部１２を備える。
　本例では、フレーム本体１１の上面に、圧縮機３０を付設する。
　本例では、フレーム本体１１の両側部に、それぞれ緩衝ガイド４０を付設する。
　なお、これらの構成は例示に過ぎず、フレーム１０の構造は設計上の便宜に応じて適宜変更可能である。

＜３＞エアノズル（図２）。
　エアノズル２０は、圧縮機３０から圧送された圧縮空気を外部へ噴出するための部材である。
　エアノズル２０は長尺の中空筒状体である。本例では、エアノズル２０を断面が涙滴型（Ｔｅａｒ－Ｄｒｏｐ）の形状を採用する。
　エアノズル２０の涙滴型形状の突端部には、エアノズル２０の長手方向に沿って線状のラインスリット２１が形成される。
　エアノズル２０の両端は封止され、内部にエアノズル２０の外形に対応した気室であるチャンバー２２が形成される。ラインスリット２１はチャンバー２２と外部を連通する。
　ラインスリット２１の長さは太陽光パネルＰの幅に対応する。すなわち、太陽光パネルＰの全幅以上であるか、または全幅未満であっても、ラインスリット２１から噴射する圧縮空気が太陽光パネルＰの全幅に及ぶ程度の長さとする。
　エアノズル２０は、後述する２本の緩衝ガイド４０の間に付設する。なお、緩衝ガイド４０を設けない場合には、フレーム１０にエアノズル２０を直接付設してもよい。
　エアノズル２０の後部には圧縮機３０の圧送ホース３１を接続し、圧縮機３０の内部とチャンバー２２とを連通する。

＜４＞圧縮機。
　圧縮機３０は、取り込んだ外気から高圧かつ高温の圧縮空気を生成してエアノズル２０へ圧送する部材である。
　本例では、圧縮機３０として、遠心式圧縮機を採用する。遠心式圧縮機は羽根車による遠心力を利用して気体を圧縮して送気する圧縮機である。遠心式圧縮機の機構自体は公知であるのでここでは詳述しない。
　遠心式圧縮機は、大容量の圧縮空気を脈動なく連続して圧送することができるため、本願発明の実施に特に適している。但し、圧縮機３０は遠心式に限られず、大容量の圧送が可能であれば、軸流式や他の公知の圧縮機を採用してもよい。
　本例では、フレーム１０の上部に圧縮機３０を搭載する。但し、これに限られず、走行装置２に搭載してもよい。
　圧縮機３０は圧送ホース３１によってエアノズル２０と接続する。
　圧縮機３０の動力はフレーム本体１１搭載してもよいし、走行装置２に搭載し電線を介して圧縮機３０へ送電してもよい。

＜５＞噴射角（図２）。
　本発明の太陽光パネル除雪装置１における、圧縮空気の噴射方向は、噴射角θが０°超９０°未満の範囲内とする。
　ここで、噴射角θは、供用時の進行方向におけるラインスリット２１の開口方向の仮想延長線とパネル面との交角である。
　噴射角θが大きすぎると、圧縮空気のパネル面への衝突によるエネルギーロスが多くなり、積雪Ｓを遠くまで吹き飛ばすことができなくなる。一方、噴射角θが小さすぎると積雪Ｓへ伝達するエネルギーが弱まり、除雪能力が落ちる。
　以上より、噴射角θは概ね４０°～５０°程度に設定するのが望ましい。

＜６＞緩衝ガイド（図３）。
　緩衝ガイド４０は、エアノズル２０が太陽光パネルＰのパネル面に接触することを回避するための、接触回避手段である。
　本例では、緩衝ガイド４０は、フレーム１０の両側部から下方へ突設し、ガイドバー４２と、ガイドバー４２の先端に付設したキャスタ４１と、を備える。
　緩衝ガイド４０は、ガイドバー４２がフレーム本体１１のガイド材に沿って上下に摺動することで、フレーム本体１１に対して伸縮自在な構造とする。
　キャスタ４１がパネル面に接触していないときは、ガイドバー４２は、エアノズル２０の荷重によって最大長に延びる。一方、キャスタ４１がパネル面に接触すると、キャスタ４１がパネル面に押し上げられることで、ガイドバー４２がフレーム本体１１内に引き込まれ短縮する。
　本発明の太陽光パネル除雪装置１は、操作時にエアノズル２０がパネル面に近づきすぎても、緩衝ガイド４０が先にパネル面に接触して短縮することで、エアノズル２０がパネル面に接触するのを回避することができる。
　また、エアノズル２０が緩衝ガイド４０に付設されているため、除雪作業において、エアノズル２０とパネル面との間隔を常に一定に保つことができる。
　なお、ガイドバー４２とフレーム１０との間に、キャスタ４１とフレーム１０との間隔を弾性調整可能なサスペンション４３を介挿させてもよい。サスペンション４３はバネなどの弾性体からなる。

＜７＞風向レバー（図３）。
　風向レバー５０は、圧縮空気の噴射方向を変更するための部材である。
　本例では、エアノズル２０をその長軸を中心に両緩衝ガイド４０間に軸支し、エアノズル２０の長軸と風向レバー５０とを接続する。
　風向レバー５０を回動させると、エアノズル２０が回動し、ラインスリット２１の向きが変わることで、噴射角θを変更することができる。
　風向レバー５０を設けることによって、圧縮機３０の出力や積雪量、進行速度などに応じて、噴射角θを最適の角度に変更することができる。
　また、ラインスリット２１の向きを後方に反転させれば、太陽光パネル除雪装置１をパネル面上に設置したまま、進行方向を反転させることができる。
　なお、風向レバー５０は、本願発明の必須の構成要素ではない。

＜８＞太陽光パネル除雪機（図４）
　本発明の太陽光パネル除雪機Ａは、太陽光パネルＰのアレイに沿って走行しながら、パネル面上の積雪Ｓを除雪する装置である。
　太陽光パネル除雪機Ａは、太陽光パネル除雪装置１を走行装置２に接続してなる。
　本例では、走行装置２としてバックホウを採用する。
　太陽光パネル除雪装置１はユニットタイプであるため、既存のバックホウのバケット部分を太陽光パネル除雪装置１に付け替えるだけで、バックホウの動力とアームとを利用して、太陽光パネル除雪機Ａとすることができる。
　なお、走行装置２はバックホウに限らず、他の建設作業車などを採用してもよい。

[太陽光パネル除雪方法]
　引き続き、本発明の太陽光パネル除雪方法について説明する。
　本発明の除雪方法は、パネル面上の積雪Ｓへ圧縮空気を噴射することによって積雪Ｓを破砕し、吹き飛ばして除去する除雪方法である。

＜１＞太陽光パネル除雪装置の定位。
　太陽光パネル除雪機Ａのアームを調整して、太陽光パネル除雪装置１の前方、すなわちラインスリット２１側を、太陽光パネルＰの連続方向前方に向けて定位し、エアノズル２０の底をパネル面と平行にする。
　この際、緩衝ガイド４０のキャスタ４１をパネル面に当接してガイドバー４２を軽く沈ませ、エアノズル２０とパネル面の間に所定間隔を確保する。積雪Ｓが厚い場合には、事前にパネル面におけるキャスタ４１の接触場所の雪を除去しておく。

＜２＞圧縮機の作動。
　圧縮機３０を作動させる。
　圧縮機３０は吸入管より吸引した外気を圧縮して高圧の圧縮空気を生成する。
　圧縮空気は圧送ホース３１を介してエアノズル２０のチャンバー２２内に圧送され、チャンバー２２の涙滴型の内部形状に沿ってラインスリット２１へ押し出され、高圧で外部へ噴射される。
　噴射される圧縮空気は、圧縮機３０による圧縮時に気体温度が上昇するため、外気に比して１０℃～２０℃程度高温となる。

＜３＞積雪の破砕。
　圧縮空気がパネル面上の積雪Ｓに噴射されると、熱で積雪Ｓの表面を溶かしながら内部へ入りこみ、積雪Ｓを内部から破砕して高圧で吹き飛ばす。

＜４＞走行装置の進行。
　圧縮機３０を作動させながら、走行装置２を太陽光パネルＰの連続方向に沿って進行させて、パネル面上の積雪Ｓを除雪してゆく。
　進行の際、地盤の凹凸や積雪によって走行装置２が多少傾いても、ガイドバー４２が傾きを吸収してフレーム本体１１に対して伸縮するため、エアノズル２０が太陽光パネルＰに接触してパネル面を傷付けたり破損させるおそれがない。
　このため、作業者が安心して走行装置２を走行させることができるので、作業効率が非常によい。また、操作が容易なので、作業経験の少ない者でも操作することができる。
　また、キャスタ４１はパネル面に柔軟なタイヤで接触し、前進に伴って回転するため、太陽光パネルＰのパネル面を傷付けるおそれがない。
　なお、緩衝ガイド４０がサスペンション４３を備える場合、サスペンション４３によってパネル面にキャスタ４１を弾性的に押し付けることで、操作の安定性をさらに向上させることができる。
　走行装置２を太陽光パネルＰの最後端まで進めて除雪を完了する。必要に応じて太陽光パネル除雪装置１の向きを反転させて、パネル面上に残った雪片を吹き飛ばす。

＜５＞太陽光パネル除雪方法の特徴。
　本発明の太陽光パネル除雪方法は、高圧かつ高温の圧縮空気によって積雪を非接触式で除雪する点に特徴を有する。
　太陽光パネルの積雪は、昼間の気温上昇によって表層が一部溶解し、夜間に再度凍結するプロセスを繰り返すことで、表層が硬化する。また、溶けた水の再凍結によって積雪の下部がパネル面に固結する。このため、除雪が困難であった。
　これに対し、本発明の太陽光パネル除雪方法は、高温の圧縮空気によって積雪Ｓの表層を溶かし、内側から積雪を破砕して高圧で吹き飛ばすことができる。
　また、積雪Ｓの下部とパネル面との凍結を溶かすことができる。
　このため、除雪能力が非常に高い。
　また、ブラシなどの道具を使って積雪を手作業で掻き落とす場合、除雪後にパネル面上に細かい雪片が残る。これらの雪片が溶けて水滴となることでその後の着雪が容易になり積雪を誘発していた。
　これに対し、本発明の太陽光パネル除雪方法は、高圧噴射によってパネル面上の雪片を残らず吹き飛ばすため、パネル面への再着雪を有効に防ぐことができる。

[距離センサを備える例]
　引き続き、太陽光パネル除雪装置が距離センサを備えた他の実施例について説明する（図５）。
　実施例１では、エアノズル２０とパネル面との接触回避手段として緩衝ガイド４０を採用したが、本例ではこれに代わって距離センサ６０を採用する。
　本例では、フレーム本体１１の下面両端から下方に向けて、距離センサ６０を１つずつ設ける。このほか、エアノズル２０に直接付設してもよい。
　距離センサ６０として、例えば超音波センサ、赤外線センサ、レーザセンサなどを採用することができる。これらは、太陽光パネルＰのパネル面に、超音波、赤外線、レーザなどを照射し、これが反射して戻るまでの時間に基づいてエアノズル２０と太陽光パネルＰとの距離を計測するものであるが、公知技術なのでここでは詳述しない。　
　距離センサ６０は、計測したパネル面との距離を、距離信号として、有線、無線などの方法で送信することができる。
　例えば、フレーム本体１１上に警告灯などの警報装置７０を設け、距離センサ６０からの距離信号に基づいて、エアノズル２０とパネル面とが一定距離以上近づいた場合、点滅やアラームなどの警報を発するように構成することができる。
　その他、距離信号を走行装置２内の受信機に送信し、ディスプレイに警告を表示させてもよい。

[パネル面上を自走する例]
　引き続き、太陽光パネル除雪機Ａがパネル面上を自走可能な他の実施例について説明する（図６）。
　本例では、走行装置３として、バックホウ等の重機ではなく、フレーム本体１１の下部に設けたクローラを採用する。フレーム１０に格納したモータやエンジン等の動力によってクローラを駆動してパネル面上を自走させる。
　本例の場合、エアノズル２０とパネル面との間隔が一定に固定されるため、接触回避手段が不要となる、太陽光パネルＰのアレイ間が狭くて重機が通る幅がない場合にも除雪できる、などの更なる効果を奏する。

　Ａ　　太陽光パネル除雪機
　１　　太陽光パネル除雪装置
　１０　フレーム
　１１　フレーム本体
　１２　接続部
　２０　エアノズル
　２１　ラインスリット
　２２　チャンバー
　３０　圧縮機
　３１　圧送ホース
　４０　緩衝ガイド
　４１　キャスタ
　４２　ガイドバー
　４３　サスペンション
　５０　風向レバー
　６０　距離センサ
　７０　警報装置
　２　　走行装置
　３　　走行装置
　Ｐ　　太陽光パネル
　Ｓ　　積雪
　θ　　噴射角

Claims

　太陽光パネルの上部をその連続方向に沿って進行しながらパネル面上の積雪を除去する、太陽光パネル除雪装置であって、
　フレームと、
　前記フレームに付設した長尺状のエアノズルと、
　前記エアノズルと接続した圧縮機と、を備え、
　前記エアノズルは、内部空間たるチャンバーと、前記チャンバーと外部を連通するラインスリットと、を有し、
　前記ラインスリットは、前記エアノズルの長手方向に沿って、太陽光パネルの傾斜方向の幅に対応した長さに形成され、
　前記圧縮機は、外気を取り込んで、外気より高圧かつ高温の圧縮空気を生成し、前記圧縮空気を前記チャンバーに圧送して前記ラインスリットから外部へ噴射し、
　前記圧縮空気の噴射方向は、進行方向下方に向かって、０°超９０°未満の範囲内にあることを特徴とする、
　太陽光パネル除雪装置。
　前記エアノズルとパネル面が接触することを回避するための接触回避手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光パネル除雪装置。
　前記回避手段は、前記フレームから下方に突出した緩衝ガイドであり、前記緩衝ガイドは、ガイドバーと、前記ガイドバーの先端に付設したキャスタと、を備え、前記緩衝ガイドは前記フレームに対して伸縮自在であることを特徴とする、請求項２に記載の太陽光パネル除雪装置。
　前記圧縮機は、遠心式圧縮機であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光パネル除雪装置。
　前記エアノズルの長軸を中心に、前記圧縮空気の噴射方向を回動可能な風向レバーを備えることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光パネル除雪装置。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の太陽光パネル除雪装置と、
　前記太陽光パネル除雪装置を保持しながら太陽光パネルの連続方向に沿って、地盤上を走行可能な走行装置と、を備えることを特徴とする、
　太陽光パネル除雪機。
　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の太陽光パネル除雪装置と、
　前記太陽光パネル除雪装置を保持しながら太陽光パネルの連続方向に沿って、パネル面上を走行可能な走行装置と、を備えることを特徴とする、
　太陽光パネル除雪機。
　太陽光パネルの除雪方法であって、
　外気より高圧かつ高温の圧縮空気を太陽光パネル上の積雪に噴射し、パネル面上の積雪を粉砕して除雪することを特徴とする、
　太陽光パネルの除雪方法。