DE102020120030A1

DE102020120030A1 - Solarfeld mit zwischen solarpanels verfahrbarem serviceroboter

Info

Publication number: DE102020120030A1
Application number: DE102020120030.7A
Authority: DE
Inventors: Max Mertins
Original assignee: Frenell GmbH
Current assignee: Frenell GmbH
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-02-03
Also published as: ES2938901A2; US20230078006A1; ES2938901B2; ES2938901R1; AU2021314946A1; WO2022022778A1

Abstract

Solarfelder zur Umsetzung von Sonnenenergie in elektrische Energie oder Wärmeenergie sind in unterschiedlichen Formen bekannt. Grundsätzlich ist allen bekannten Formen gemeinsam, dass die Effizienz des Solarfelds größer ist, wenn die Solarpanels innerhalb des Solarfelds sauber und korrekt ausgerichtet sind. Hierbei können Serviceroboter eingesetzt werden, welche die korrekte Neigung und Ausrichtung der Solarpanels feststellen und rückmelden, oder aber die Oberfläche der Solarpanels reinigen können.Bislang ist es hierfür vorgesehen derartige Serviceroboter zeilenweise auf den Solarpanels aufzusetzen und eine Zeile durchlaufen zu lassen, und sie dann komplett auf die nächste Zeile zu versetzen. Alternativ ist es bekannt, den Serviceroboter mit einem Führungsfahrzeug zu verbinden, welches den Serviceroboter begleitet und bei Bedarf umsetzt.Die vorliegende Erfindung bedient sich einer an den Stirnseiten der Solarpanels angeordneten Fahrbahn, auf welche der Serviceroboter auffahren, sich mithilfe geeigneter Drehmittel auf der Stelle drehen und eine Zeile weiterfahren kann. Auf diese Weise kann der Serviceroboter vollständig autark verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarfeld, umfassend eine Mehrzahl von reihenweise aufgebauten, um eine Schwenkachse schwenkbare, Solarpanels sowie wenigstens einen mithilfe von Antriebselementen auf den Solarpanels verfahrbaren Serviceroboter.
Ein spezieller Serviceroboter in Form eines Waschroboters für ein Solarfeld ist bereits aus der DE 10 2006 053 704 A1 vorbekannt. Ein solcher Waschroboter dient dazu, in einem Fresnel-Solarkraftwerk die Spiegelflächen zu reinigen, welche einfallendes Sonnenlicht auf einen zentral höhergelegenen Absorber konzentrieren. Der Zweck eines solchen Waschroboters besteht hauptsächlich darin, die Spiegelflächen sauber zu halten, um die Energieausbeute des Kraftwerks hoch zu halten. Hierbei umgreift der Roboter die Kanten der einzelnen Solarpanels, so dass diese nicht aus ihrer Neigungsposition herausgefahren werden müssen. Es ist daher allerdings auch erforderlich, den Roboter am Ende einer jeden Zeile auszufädeln und in einer anderen Zeile dann wieder einzufädeln, um so nach und nach ein ganzes Solarfeld zu reinigen.
Aus der DE 10 2014 100 906 A1 geht ein weiterer Waschroboter hervor, dessen Stromversorgung über die Trägerstruktur der Solarpanels erfolgt, so dass die Roboter nicht mit einem Verbrennungsmotor oder im Batteriebetrieb verfahren werden müssen, sich dennoch aber autark bewegen können.
Allgemein ist es üblich, Serviceroboter zwischen den Solarmodul-Zeilen händisch zu versetzen. Allenfalls soweit eine feste Installation oder eine Schienenkonstruktion verwendet werden, wird auf ein Versetzen verzichtet.
So sieht etwa die DE 27 38 666 A1 eine schienengebundene Reinigungseinheit vor, die neben den Solarpanels aufgestellt ist. Nach einem Verfahren der Solarpanels in eine Reinigungsposition kann die Vorrichtung darüber hinwegfahren und die hier verwendete Parabolrinne reinigen.
Ähnlich verhält es sich bei der DE 10 2004 036 094 A1 , bei der ebenfalls eine spezielle Reinigungsposition angefahren werden muss, um die dort gezeigte Parabolrinne zu reinigen. Die Reinigung erfolgt dann mittels eines Waschwagens, der auf einem um alle Zeilen des Solarfelds herum angeordneten Schienensystem verfahren wird.
Die in der US 2003/066158 A1 gezeigte Vorrichtung fährt zwar wiederum direkt auf den Solarpanels, muss hierfür jedoch gehalten werden, da eine Seitenführung nicht besteht. Es handelt sich jedoch hier um eine insgesamt händische Reinigungsmethode.
Die DE 29 50 078 A1 geht bei mehreren Zeilen davon aus, dass die dort gezeigte Lösung entsprechend mehrfach ausgeführt ist, um alle Zeilen zu erreichen. Lediglich die Wasserversorgung der einzelnen Zeilen erfolgt zentralisiert, so dass ein gemeinsames Rohrleitungssystem für mehrere Zeilen genutzt werden kann.
All diese Lösungen erfordern entweder händische Eingriffe oder eine umfangreiche Schienenkonstruktion bzw. eine Mehrfachausführung der Reinigungsvorrichtung.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Solarfeld mit einem Serviceroboter zu schaffen, welcher nicht nur selbsttätig ganze Zeilen des Solarfelds warten, insbesondere reinigen kann, sondern auch zwischen den Zeilen des Solarfelds selbsttätig wechseln und somit das ganze Solarfeld ohne Eingriffe von außen warten kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Solarfeld gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Sinnvolle Ausgestaltungen eines solchen Solarfelds können den sich anschließenden abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Solarfeld aus mehreren Zeilen von Solarpanels aufgebaut ist. Hierbei kann es sich bei den Solarpanels sowohl um Spiegel eines Fresnel-Kraftwerks, als auch um Fotovoltaik-Panels handeln. Um die Energieausbeute dieser Solarpanels auf einem möglichst hohen Niveau zu halten, ist es sinnvoll, diese sauber zu halten. Das wird mithilfe eines Serviceroboters geleistet, welcher als Waschroboter ausgestaltet sein kann. Mithin ist es möglich, den Serviceroboter im Sinne eines Wartungsroboters mit Fotosensoren auszustatten, um eine korrekte Positionierung der befahrenen Solarpanels zu ermitteln und mit der Ist-Situation zu vergleichen. Weitere Anwendungen sind ebenfalls denkbar.
Um den Übergang von einem zu einem nächsten Solarpanel zu ermöglichen sieht die Erfindung eine Fahrbahn vor, welche an den Stirnseiten mehrerer Solarpanels angrenzend so aufgestellt ist, dass die Fahrbahn von einer zur nächsten Zeile von Solarpanels führt. Bevorzugt sind die Zeilen von Solarpanels parallel und bündig aufgestellt, so dass die Fahrbahn rechtwinklig zu den Zeilen der Solarpanels verlaufen kann. Erreicht auf einer Zeile von Solarpanels der Serviceroboter die Stirnseite, so fährt er über die Fläche des Solarpanels hinaus und gelangt auf diese Weise auf die Fahrbahn. Hier vollzieht der Serviceroboter eine Drehung um 90° und verfährt entlang der Fahrbahn bis zur nächsten Zeile von Solarpanels. Nach einer weiteren Drehung um 90° fährt der Serviceroboter auf die nächste Zeile von Solarpanels zu, verlässt dabei die Fahrbahn und gelangt auf diese Weise wieder auf die zu reinigenden oder zu wartenden Solarpanels. Um auf der Fahrbahn auf engem Raum drehen zu können, ist es erforderlich, dass Drehmittel zur Drehung des Serviceroboters vorhanden sind, welche eine Drehung um eine in Bezug auf den Serviceroboter senkrechte Drehachse zu ermöglichen, welche innerhalb des Serviceroboters verläuft. Besonders bevorzugt soll der Serviceroboter ganz auf der Stelle gedreht werden können, ohne sich hierbei fortzubewegen.
In einer ersten Lösung kann dies über die Antriebsmittel erfolgen, welche dem Serviceroboter zugeordnet sind. Sofern dieser gegenläufig betreibbar sind, kann eine Drehung des Serviceroboters aus dessen eigener Kraft direkt an Ort und Stelle erfolgen. Insbesondere ist dies möglich, wenn es sich bei den Antriebselementen um Antriebsräder, Antriebsrollen oder Antriebsriemen handelt, welche unmittelbar die Oberfläche der Solarpanels kontaktieren. Solche Antriebselemente können insbesondere eine rutschfeste Oberfläche aufweisen, welche einen sicheren Vortrieb auf dem Solarpanel gewährleistet.
Üblicherweise sind bereits die Solarpanels etwas voneinander beabstandet, so dass die Antriebselemente über eine Länge verteilt sein müssen, so dass der Serviceroboter den Abstand zwischen zwei Solarpanels wiederum ohne äußeren Eingriff überwinden kann. Entsprechend ergibt sich das gleiche Erfordernis auch hinsichtlich möglicher Abstände zwischen der Stirnseite der Solarpanels und der Fahrbahn.
Die Fahrbahn als solche kann ebenfalls unterschiedlich ausgebildet sein. So ist eine erste, einfachste Form in einer durchgehenden Fahrbahn zu sehen, welche in Form eines einzigen, an den Stirnenden der Solarpanels vorbeilaufenden Fahrtischs realisierbar ist. Auf einem solchen Fahrtisch dreht der Serviceroboter aus eigenem Antrieb und befährt und verlässt diesen auch aus eigenem Antrieb.
Die Fahrbahn kann jedoch in einer weiteren Ausgestaltung als unterbrochene Fläche ausgebildet sein. Dann ist es möglich, an jede Stirnseite eines Solarpanels anschließend einen Drehtisch zu positionieren, auf welchem der Serviceroboter bevorzugt seine Wendemanöver vollziehen kann. Dies kann zum Einen dadurch erfolgen, dass der Drehtisch als solcher im Ganzen gedreht wird, so dass der Serviceroboter dessen Drehung mit vollzieht und somit selbst nicht notwendigerweise lenkfähig sein muss. Alternativ kann auf einem solchen Drehtisch aber auch die selbsttätige Drehung des Serviceroboters aus dessen eigener Kraft begünstigt werden.
Insbesondere ist eine solche Konfiguration dann günstig, wenn der Serviceroboter Seitenführungselemente aufweist, welche an den Ecken des Drehtischs positioniert werden, so dass diese bei einer Drehung um eine innerhalb des Serviceroboters verlaufende Drehachse nicht an den Ecken des Drehtischs anstoßen. Bei einem Befahren des nächsten Solarpanels umgreifen die Seitenführungselemente dann wieder die Kanten des Solarpanels und sichern den Serviceroboter gegen ein seitliches Herabfallen, selbst wenn die Solarpanels nach dem Befahren wieder in eine Schräglage gebracht werden.
Um sicherzustellen, dass der Serviceroboter bis zur korrekten Positionierung auf der Fahrbahn vorwärtsfährt und dass die Drehung auch präzise ausgeführt wird, kann den Drehtischen - oder auch einem durchgehenden Fahrtisch - auf der Höhe der Mittelparallelen der Solarpanels jeweils eine Zentrieröffnung zugeordnet sein. In diese kann der Serviceroboter einen Zentrierbolzen unterseitig ausrücken, welcher beim Überfahren der Zentrieröffnung in diese eingreift und den Serviceroboter während der Drehung zentriert über dem Drehtisch bzw. der Zentrieröffnung hält.
Es kann erforderlich sein, dass zumindest das erste Solarpanel, welches an die Fahrbahn angrenzt, in eine zur Fahrbahn parallele Position gebracht und damit aus der Betriebsposition herausgefahren werden muss. Prinzipiell können die befahrenen Solarpanels aber wieder in die Betriebsposition zurückkehren, so dass die bereits erwähnten Seitenführungselemente Einsatz finden können. Diese halten den Serviceroboter auf den Solarpanels und verhindern ein Abrutschen des Serviceroboters von dem Solarpanel.
Soweit kein Drehtisch eingesetzt wird, ist es sinnvoll, die Seitenführungselemente so zu gestalten, dass sie außer Eingriff der Kanten der Solarpanels beweglich sind. Dies kann durch ein Einziehen in das Innere eines Gehäuses des Serviceroboters erfolgen, oder auch durch ein Hochklappen. Bei der Drehung auf der Fahrbahn hindern die Seitenführungselemente dadurch nicht die Bewegung.
Wird hingegen ein Drehtisch verwendet, so können die Seitenführungselemente in Form von genau vier Rollen ausgestaltet werden, welche zwischen sich ein Quadrat einschließen, welches der Fläche des Drehtischs entspricht. Die Rollen können dann auf den Winkelhalbierenden außerhalb der Ecken liegen, so dass bei einer Drehung um das Zentrum des Drehtischs die Seitenführungsrollen nicht gegen die Kanten des Drehtischs stoßen. Befindet sich zusätzlich eine Zentrieröffnung in der Mitte des quadratischen Drehtischs, so kann eine präzise Drehung des Serviceroboters um seinen in die Zentrieröffnung einrückenden Zentrierbolzen herum erfolgen, auch ohne dass die Seitenführungsrollen außer Eingriff gebracht werden müssen.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen

1 den Bereich eines durchgehenden Fahrtischs eines Solarfelds mit wenigstens drei Solarpanels in einer schematischen Draufsicht,
2 den Bereich des Solarfelds gemäß 1, wobei die Fahrbahn aus mehreren benachbarten Drehtischen gebildet ist, in einer schematischen Draufsicht,
3 einen Serviceroboter auf einem Drehtisch in einer schematischen seitlichen Draufsicht,
4 den Serviceroboter gemäß 3 in einer schematischen Draufsicht von oben, sowie
5 den Bereich des Solarfelds gemäß 2 mit dem Serviceroboter gemäß 4 in schematischer Draufsicht von oben.

1 zeigt einen Bereich eines Solarfelds 1 in einer schematischen Draufsicht. Das Solarfeld 1 besteht aus einer Mehrzahl von Solarpanels 2, bei denen es sich sowohl um Fotovoltaikmodule als auch um Spiegel handeln kann, welche letzteren zeilenweise auf einen zentral aufgestellten Absorber ausgerichtet sein können. In beiden Fällen sind die Solarpanels 2 um eine Schwenkachse 3 schwenkbar, so dass eine korrekte Ausrichtung zur Sonne erfolgen kann. Um die Energieausbeute der Solarpanels auf einem möglichst hohen Niveau zu halten, kann ein Serviceroboter 8 eingesetzt werden, um die Solarpanels 2 zu reinigen. Dieser kann auf ein Solarpanel 2 aufgesetzt werden und kann dieses der Länge nach abfahren. Um jedoch auch selbsttätig weitere Zeilen von Solarpanels zu erreichen, ist eine Fahrbahn vorgesehen, welche die Stirnenden der verschiedenen Solarpanels 2 miteinander verbindet. Diese ist als durchgehender Fahrtisch 5 ausgebildet, auf den der Serviceroboter 8 am Ende einer Zeile aus Solarpanels 2 auffährt. Sobald der Serviceroboter 8 die Mitte des Fahrtischs 5 erreicht hat, wird er seine beiden seitlich angeordneten Antriebsriemen 10 gegenläufig betreiben, so dass eine Drehung auf der Stelle erfolgt. Bei 90° beendet der Serviceroboter 8 die Drehung und fährt so lange den Fahrtisch 5 entlang, bis er auf der Höhe der Mitte der nächsten Zeile von Solarpanels 2 angelangt ist. Dort vollführt er eine weitere Drehung um 90° in gleicher Richtung und fährt dann vorwärts auf und über die nächste Zeile von Solarpanels 2.
2 zeigt eine Variante des Solarfelds nach 1, bei welcher die Fahrbahn aus mehreren diskreten Drehtischen 6 gebildet ist. Die Drehtische 6 weisen dabei jeweils eine Zentrieröffnung 7 auf, welche der Serviceroboter 8 beim Überfahren als Anhaltspunkt für seine Drehung nutzen kann. Zudem sind die Drehtische 6, welche nun gemeinsam die Fahrbahn bilden, jeweils voneinander beabstandet, so dass Seitenführungsrollen 11 des Serviceroboters 8 in Eingriff bleiben können, während dieser auf den Drehtischen 6 seine Drehungen vollzieht.
3 und 4 zeigen den Serviceroboter 8 in einer seitlichen Darstellung sowie einer Draufsicht. Unter seinem Gehäuse 9 weist der Serviceroboter 8 einen Antrieb auf, welcher aus zwei längs unter dem Gehäuse angeordneten Antriebsriemen aus einem rutschfesten Material wie etwa Gummi oder Silikon besteht. Bei einer gleichsinnigen Bewegung des Antriebsriemens erfolgt ein Vortrieb des Serviceroboters 8, bei einer gegensinnigen Bewegung hingegen eine Drehung um eine Drehachse des Robots. Eine ungleich schnelle, aber gleichsinnige Bewegung würde zu einer Kurvenfahrt führen, die aber nicht vorgesehen ist.
Die Darstellung zeigt den Serviceroboter 8 auf einem Drehteller 6, wobei ein mittig unter dem Gehäuse 9 angeordneter Zentrierbolzen 12 in die bereits erwähnte Zentrieröffnung 7 des Drehtischs 6 eingefahren ist. Unabhängig davon, wie präzise die Antriebsriemen betrieben werden können oder ob einer davon gegebenenfalls gelegentlich durchrutscht, kann eine Drehung auf diese Weise nur um die Drehachse erfolgen, welche durch den Zentrierbolzen 12 vorgegeben wird. Die Seitenführungsrollen 11, welche dem Serviceroboter 8 auf seiner Fahrt entlang den Solarpanels einen geeigneten Seitenhalt verschaffen, liegen weiter von dem Zentrierbolzen 12 weg als die Ecken des Drehtischs 6, so dass bei einer Drehung die Seitenführungsrollen 11 nicht an dem Drehtisch 6 anstoßen und die Drehung behindern können. Ein Anheben oder Wegklappen der Seitenführungsrollen 11 kann daher entfallen.
Dies wird nochmals in 5 illustriert. Hier ist der Serviceroboter 8 gerade auf dem mittleren Drehtisch 6 angekommen und fährt nun den Zentrierbolzen 12 in die Zentrieröffnung 7 des Drehtischs 6 ein. Danach wird durch eine gegensinnige Bewegung der Antriebsriemen 10 der Serviceroboter 8 um die Drehachse des Zentrierbolzens 12 herum gedreht und in Fahrtrichtung auf das mittlere Solarpanel 2 positioniert. Der Zentrierbolzen 12 wird dann wieder eingezogen und die Antriebsriemen 10 gleichsinnig in Gang gesetzt, so dass der Serviceroboter 8 in Richtung des mittleren Solarpanels 2 bewegt wird. Zunächst wird aufgrund der ausreichenden Länge der Antriebsriemen 10 der Abstand 4 zwischen dem mittleren Drehtisch 6 und dem mittleren Solarpanel 2 überwunden, wobei die in Fahrtrichung vorderen Seitenführungsrollen 11 zuerst um die Kanten des mittleren Solarpanels 2 greifen. Der Serviceroboter 8 schiebt sich auf das mittlere Solarpanel 2, bis die Antriebsriemen 10 schließlich ganz auf der Oberfläche des Solarpanels 2 greifen und die in Fahrtrichtung hinteren Seitenführungsrollen 11 ebenfalls die Kanten des Solarpanels 2 umfassen.
Vorstehend beschrieben ist somit ein Solarfeld mit einem Serviceroboter, welcher nicht nur selbsttätig ganze Zeilen des Solarfelds warten, insbesondere reinigen kann, sondern auch zwischen den Zeilen des Solarfelds selbsttätig wechsein und somit das ganze Solarfeld ohne Eingriffe von außen warten kann.
Bezugszeichenliste

1: Solarfeld
2: Solarpanel
3: Schwenkachse
4: Abstand
5: Fahrtisch
6: Drehtisch
7: Zentrieröffnung
8: Serviceroboter
9: Gehäuse
10: Antriebsriemen
11: Seitenführungsrolle
12: Zentrierbolzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006053704 A1 [0002]
DE 102014100906 A1 [0003]
DE 2738666 A1 [0005]
DE 102004036094 A1 [0006]
US 2003066158 A1 [0007]
DE 2950078 A1 [0008]

Claims

Solarfeld, umfassend eine Mehrzahl von reihenweise aufgebauten, um eine Schwenkachse (3) schwenkbare, Solarpanels (2) sowie wenigstens einen mithilfe von Antriebselementen auf den Solarpanels (2) verfahrbaren Serviceroboter (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten mehrerer Solarpanels (2) über eine angrenzende Fahrbahn zum Verfahren des Serviceroboters (2) zwischen mehreren Reihen von Solarpanels (2) verbunden sind und Drehmittel zur Drehung des Serviceroboters (8) um eine innerhalb desselben verlaufende, senkrechte Drehachse vorgesehen sind.
Solarfeld gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmittel gegenläufig betreibbare Antriebselemente des Serviceroboters (8) umfassen.
Solarfeld gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den gegenläufig betreibbaren Antriebselementen des Serviceroboters (8) um Antriebsräder, Antriebsrollen oder Antriebsriemen (10) handelt, welche unmittelbar die Oberflächen der Solarpanels (2) kontaktieren.
Solarfeld gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebselemente des Serviceroboters (8) über eine Länge des Serviceroboters (8) verteilt sind, welche sowohl größer ist als der Abstand zwischen zwei in einer Reihe angeordneten Solarpanels (2), als auch größer als der Abstand (4) zwischen der Stirnseite eines Solarpanels (2) und der Fahrbahn.
Solarfeld gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahn als durchgehender Fahrtisch (5) gebildet ist.
Solarfeld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahn aus mehreren Teilflächen gebildet ist, welche im Bereich der Stirnseiten der Solarpanels (2) jeweils einen Drehtisch (6) bilden.
Solarfeld gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtisch (6) um eine durch denselben verlaufende, senkrechte Drehachse drehbar ist.
Solarfeld gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Drehtischen (6) wenigstens ein Fahrtisch (5) angeordnet ist.
Solarfeld gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrbahn für jede Reihe angrenzender Solarpanels (2) eine Zentrieröffnung (7) zugeordnet ist, wobei der Serviceroboter (8) einen in diese Zentrieröffnung (7) ausrückbaren Zentrierbolzen (12) aufweist.
Solarfeld gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Serviceroboter (8) beidseits Seitenführungselemente zur beidseitigen Kontaktierung von Längskanten der Solarpanels (2) zugeordnet sind.
Solarfeld gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenführungselemente außer Eingriff der Längskanten der Solarpanels (8) beweglich sind.
Solarfeld gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Seitenführungselementen um vier Seitenführungsrollen (11) handelt, welche um eine senkrechte Drehachse drehbar und derart angeordnet sind, dass sie gleichmäßig um den Serviceroboter (8) verteilt sind und alle den gleichen Abstand von einem zentral in dem Serviceroboter (8) angeordneten Zentrierbolzen (12) zur Einführung in eine Zentrieröffnung (7) eines Drehtischs (6) der Fahrbahn aufweisen.