JP7142831B2 - ソーラーパネルの洗浄システム - Google Patents
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Description
太陽光発電は、太陽電池の単体の素子であるセルに光を当てると、セルに含まれている電子に光エネルギーが吸収される。電子に光エネルギーが吸収されると、光起電力効果によって光エネルギーは直接的に電力に変換され、電力として外部へ出力される。
また、セルを複数配列し、屋外で利用できるように、樹脂や強化ガラスで保護し、パッケージ化したものがソーラーパネル(モジュール)と呼ばれる。
そして、ソーラーパネルは、屋外で使用されるため、粉塵、黄砂、火山灰、鳥糞などの汚れが表面に付着する。このような汚れを放置すると、太陽エネルギーを効率よく吸収できなくなり、発電効率が低下する。そのため、ソーラーパネルの表面を、定期的に洗浄することは重要である。そしてソーラーパネルの洗浄には、大量の水を必要とするが、水道水や井戸水では、含まれる成分によりソーラーパネルの表面を化学反応で腐食したり、成分自体がソーラーパネルの表面にこびり付いて太陽エネルギーの吸収を妨げる皮膜を形成したりするおそれがあった。
そのため、水道水や井戸水を使わずにソーラーパネルを洗浄する洗浄装置として、特許文献1に記載されているものが知られている。
また、特許文献2には、複数のソーラーパネル上を自走して受光面を清掃する清掃ロボットが記載されている。
特許文献2の清掃ロボットは、ソーラーパネルの上面に載置された状態で清掃作業を行なうので、清掃ロボットの自重がソーラーパネルに付加される。そのため、ソーラーパネルに負荷をかけ、ソーラーパネルの変形やパネル表面に損傷を生じるおそれがあった。
本件発明にかかるソーラーパネルの洗浄システムについて、図1~図10に基づいて以下に説明する。ソーラーパネルの洗浄システム1は、ソーラーパネルSPと、軌条(レーン)2と、構造枠3と、移動装置4と、回転ブラシ5と、捕水部6と、注水部7と、架台8とを備えている。
構造枠3、移動装置4、回転ブラシ5、捕水部6および注水部7によって、ソーラーパネル洗浄装置PWMが構成される。
ソーラーパネルSPは、例えば、太陽電池として結晶シリコンを使用し、長方形の板状に形成されたモジュールを使用する。本実施形態では、ソーラーパネルSPは、四枚ずつ並べられてソーラーパネルユニットUSPを構成し、一つの架台8(後述)に1ユニット毎に横臥されて固定されている。複数のソーラーパネルユニットUSPが、直線的に一列に連続して並べられている。なお、直線的に一列に並べられている複数のソーラーパネルユニットUSPが、一列に並べられた複数のソーラーパネルに相当する。複数のソーラーパネルユニットUSPが並べられる方向が、複数のソーラーパネルSPが並べられる方向に相当する。
なお、本明細書において、複数のソーラーパネルユニットUSPが並べられた方向をX方向、X方向に直交する水平方向をY方向という。また、「内側」とは、所定の範囲において中心に寄った方をいう。「外側」とは、所定の範囲において中心から遠い方をいう。図1において、右側をR、左側をL、図1における手前側を前方f、図1における向こう側を後方rで表すものとする。
軌条2は、図8に示すように、複数(本実施形態では、四つで一列、A区およびB区の二グループ)のソーラーパネルユニットUSPが並べられたX方向に沿って延在し、ソーラーパネルユニットUSPを挟んで両側方の地面上に一対設けられている。軌条2は、例えば、鉄製部材により形成され、上面が長手方向に沿って連続して開口する凹溝2aが形成された溝レールである。軌条2は、例えば、複数のソーラーパネルユニットUSPが並べられた方向(X方向)に沿って地面に並べられた、例えばH形鋼製部材からなる複数の枕木2bに、下端部が固定されている。凹溝2aの形状および寸法は、後述する構造枠3のタイヤ41fR,41fL,41rR,41rLが凹溝2aに沿って転動するように設けられている。
構造枠3は、例えば、夫々山形鋼製部材により形成され、構造枠本体部3aと副支持部材部3bとを有している。構造枠本体部3aは、支柱3a1と横架部材3a2と下部横部材3a3と上部横部材3a4とを備えている。構造枠3は、ソーラーパネルユニットUSPの両側の軌条2上に移動可能に支持され、ソーラーパネルユニットUSPの上面を囲むように配置されて全体として門型に形成されている。
移動装置4は、図1に示すように、タイヤ41fR,41fL,41rR,41rL、電動駆動モータ42、トルク伝達装置43および制御装置40を備えている。
下部横部材3a3と下部横架副部材3b4と(図2を参照)には、二対の軸受部41aが夫々設けられている。各軸受部41aには、Y方向に延在する回転軸41bR,41bLを備えたタイヤ41fR,41fL,41rR,41rLが回転自在に支持されている。タイヤ41fR,41fL,41rR,41rLは、例えば、中実タイプのゴム製タイヤである。タイヤ41fR,41fL,41rR,41rLは、軌条2の凹溝2aに入り込み、軌条2の延在する方向に沿って転動する。平行に配置された回転軸41bR,41bLの一方の(図1において右側、図3において右側前方)回転軸41bRには、第一従動スプロケット43b1が一体に固定されている。
支柱3a1の下端部と傾斜縦部材3b1R,3b1Lの下端部とは、基礎横部材3cにより連結されている。
支持フレーム3dは、基部支持フレーム3d1と先端部支持フレーム3d2と横支持フレーム3d3と(図5参照)、傾斜支持フレーム3d4とを備えている(図1参照)。
先端部支持フレーム3d2には、図略の係合金具が設けられている。係合金具は、被接触部3fR,3fL(後述)に設けられた被係合金具に係合して、被接触部3fR,3fLをY方向にスライド可能にかつ固定可能に支持するよう構成されている。
上部梁部材3b21に設けられる平行リンク機構9と、下部梁部材3b22に設けられる平行リンク機構9とは、同様な構造であるため、上部梁部材3b21の平行リンク機構9で代表して説明する。
上部梁部材3b21には、例えば、山形鋼部材から形成された一対の前方および後方の垂下リンク部材9af,9arの上端部が連結軸9a1により所定間隔L2をおいて回動可能に連結されている。垂下リンク部材9af,9arの下端部には、長方形状の支持板9bUが、連結軸9dによって回動自在に連結されている。垂下リンク部材9af,9arは、傾斜横部材3b2Lに対し直角に交わる仮想平面(傾斜縦部材3b1R,3b1Lに平行な平面)内で回動するように構成されている。連結軸9dの中心間の距離L1と、支持板9bUに対向する上部梁部材3b21の所定間隔L2(連結軸9a1の中心間の距離L2)とは、同じ長さで形成されている。また、対となった垂下リンク部材9af,9arも、同じ長さ寸法で形成されている。これらによって、平行リンク機構9が構成されている。上部梁部材3b21の所定間隔L2の部分が、平行リンク機構9の固定節に相当する。
垂下リンク部材9a(9af,9ar)には、後述する回転ブラシ5を、洗浄対象となるソーラーパネルSPから上方へ離間させて保持する退避装置9cが設けられている。退避装置9cは、垂下リンク部材9af,9arを図4において右側(後方側)に揺動させる場合に使用される後方退避位置と、垂下リンク部材9af,9arを図4において左側(前方側)に揺動させる場合に使用される前方退避位置とを備えている。
回転ブラシ5は、図3に示すように、第一回転支軸51と第二回転支軸52とブラシフレーム57と第一ブラシ部53と第二ブラシ部54と第三ブラシ部55とを備えている。第一回転支軸51と第二回転支軸52とは、X方向に対して直交する方向に延在する回転中心を有している。第一回転支軸51と第二回転支軸52は、互いに平行に配置されている。
下部梁部材3b22側における前方側の軸受部58と第二中間軸受部582との間には、第三ブラシ部55が設けられている。第三ブラシ部55は、第二回転支軸52の半径方向に突出するとともに第一ブラシ部53と一部が重なるように軸方向に所定の幅で円柱状に形成されている。第三ブラシ部55は、第一ブラシ部53と同様のロールブラシである。
捕水部6は、図2に示すように、構造枠3の四本の支柱3a1の間の上部に形成される天井部3a5に設けられる。捕水部6は、例えば、可撓性のある塩化ビニル製波状板部材で形成され、天井部3a5に横臥されるとともにX方向の中央部に凹部6aが形成されるように湾曲されている。Y方向に沿って切断した場合の断面が波状となっている。凹部6aには、図1に示すように、Y方向に並ぶ複数(本実施形態では、四つ)の貫通穴が設けられ、注水部7が形成されている。注水部7の貫通穴は、回転ブラシ5の第一ブラシ部53、第二ブラシ部54および第三ブラシ部55に沿って対向するように夫々配置されている。
架台8は、図1に示すように、設置面GDに固定支持される固定支持部材83と、固定支持部材83に支持される水平支持枠82と、水平支持枠82に設けられる支持軸84と、支持軸84に回動可能に支持されるパネル支持部材85と、パネル支持部材85を所定の傾斜角度位置でパネル支持部材85の回動を停止させるストッパ部材86R,86Lと、を備えている。
回動棒部材851f,851rの夫々の両端部側には、係止装置としてのストッパ部材86R,86Lが設けられている。ストッパ部材86R,86Lは、夫々対向して配置される1対の長板状部861R,861Lと、長板状部861R,861Lの先端部をX方向に連結する連結部材862と、を有している。連結部材862は、例えば、山形鋼製部材が使用される。ストッパ部材86R,86Lの長板状部861R,861Lの基端部は、図1および図6に示すように、回動棒部材851f,851rにピン860によって回動自在に連結されている。
右側のストッパ部材86Rの先端部を連結する連結部材862と左側のストッパ部材86Lの先端部を連結する連結部材862には、支持金具865に支持された車軸867に回転自在に支持された車輪866R,866Lが夫々設けられている。車輪866R,866Lは、連結部材862のX方向の中央部に、下方に突出するように夫々設けられている。車輪866R,866Lは、連結部材862を介してストッパ部材86R,86Lに対して、相対移動不能に支持されている。車輪866R,866Lは、Y方向に水平に延在する面(後述する被接触部3fR,3fLの円弧面3f1)に接触し、ストッパ部材86R,86Lを回動するよう構成されている。支持金具865、車軸867および車輪866R,866Lによって接触部が構成される。
接触部(支持金具865,車輪866R,866L、車軸867)および被接触部3fR,3fLにより主に係止装置操作部が構成される。
ソーラーパネルの洗浄システム1は、複数のソーラーパネルユニットUSPが、X方向に沿って四列ずつ並べられ、2グループに分けて配置されている。ソーラーパネルユニットUSPが並べられた各列の両側に、該列に平行に軌条2が配置されている。ソーラーパネルユニットUSPの隣接する列と列との間には、軌条2が一列だけ設けられている。ソーラーパネルユニットUSPの或る列をソーラーパネル洗浄装置が洗浄作業をする際に使用する軌条2のうち、或る列とその列に隣接する列との間の軌条は、その列に隣接する列を洗浄装置が洗浄作業を行なう際に兼用するようになっている。
交差軌条101は、四列ずつの2グループの間であって、ソーラーパネルユニットUSPの列に沿って夫々設けられた軌条2に直角なようにY方向に延在させて一対設けられている。各交差軌条101は、例えば、鉄製部材により形成され、上面が長手方向に沿って連続して開口する凹溝101aが形成された溝レールである。交差軌条101は、例えば、Y方向に沿って地面に並べられたコンクリート製の複数の枕木101bに、下端部が固定されている。凹溝101aの形状および寸法は、後述する搭載台102の車輪が凹溝101aに沿って転動可能なように設けられている。
搭載台102は、交差軌条101上を移動して搭載レール102bをソーラーパネル洗浄装置PWMが可動している列の軌条2に整列させる。そして、ソーラーパネル洗浄装置PWMを搭載台102に搭載する。次に、車輪102cを回転させて洗浄作業を予定する他の列の軌条2に整列させ、ソーラーパネル洗浄装置PWM(構造枠3)を新たに整列させた軌条2に移動させる。交差軌条101側の各軌条2に対応する位置には、搭載台102の位置を検知する位置センサ60が設けられ、交差軌条101上の搭載台102の位置を検知して制御装置40に送信するようになっている。例えば、搭載台101が移動して搭載レール102bが軌条2に整列した場合に、電動モータによる駆動をOFFにする。
ソーラーパネルの洗浄システム1の作動には、ソーラーパネルSPを洗浄するための作動と、架台8の傾斜角度を変更するための作動と、ソーラーパネル洗浄装置PWMを他の列に変更するレーンチェンジのための作動とがある。
ソーラーパネルSPの洗浄は、雨水を捕水部6で貯めて洗浄に使用するため雨の日に実施する。洗浄作業の際、作業者は、ソーラーパネルSPの傾斜角度が、回転ブラシ5の傾斜角度(本実施形態では10度)と一致しているか確認する。なお、ソーラーパネルSPの傾斜角度が回転ブラシ5の傾斜角度と一致していない場合には、後述する傾斜角度変更を先に実施する。
制御装置は、電動モータ56に通電して回転ブラシ5を回転させる。制御装置は、移動装置4の電動駆動モータ42に通電してタイヤ41fR,41fLを回転させてソーラーパネル洗浄装置PWMを軌条2に沿って移動させる。
次に、制御装置は、ソーラーパネル洗浄装置PWMを、軌条2に沿って隣接するソーラーパネルユニットUSPに移動させて、同様に洗浄する。
まず、平行リンク機構9の退避装置9cを使用して、図4に示すように、例えば、垂下リンク部材9aを右側に揺動させて、後方の垂下リンク部材9arの係止板部材9c1rを前方の垂下リンク部材9afの被係止突起9c2fに係合させる。これによって、回転ブラシ5を上方に移動させて、ソーラーパネルSPに回転ブラシ5が当接しないように退避させる。
例えば、10度傾斜したソーラーパネルSPを水平に傾動させる場合、図1において、左側の被接触部3fLを角度変更実行位置EPに位置決めする。右側の被接触部3fRは退避位置RPに位置決めする。
この際に、図示はしないが、架台8の右側において、右側のストッパ部材86Rの係合凹部863Rが第一横部材821に係合する。これによって、回動棒部材851fを水平位置に位置決めし、ソーラーパネルユニットUSPは、水平位置に保持される。同様にして、軌条2に沿って隣接するソーラーパネルユニットUSPは、傾動されて水平に保持される。
次に、図10に示すように、四列ずつA区、B区に分かれて配置された複数のソーラーパネルユニットUSPを、レーンチェンジして洗浄する場合について説明する。
まず、全てのソーラーパネルユニットUSPは、洗浄可能な10度の角度に保持されている。そして、ソーラーパネル洗浄装置PWMは、A区の第3列の一端部(図10において上端部)に配置されている。
次に、制御装置は、電動駆動モータ42を駆動し、タイヤ41fR,41fLを回転させてソーラーパネル洗浄装置PWMを、A区の第2列に配置する。そして、A区の第2列のソーラーパネルユニットUSPの洗浄を行う。
以下、同様にしてソーラーパネル洗浄装置PWMを配置する列の変更を行いながら、ソーラーパネルユニットUSPの洗浄を行う。
これによると、架台8に支持され複数並べられたソーラーパネルユニットUSPの傾斜角度を構造枠3を移動するだけで容易に変更することができる。
これによると、構造枠3の移動に伴って移動する被接触部3fR,3fLにより、架台8の片方の端部側に設けられた車輪866R,866Lのいずれかを上昇させるという簡素な構造により、架台8に支持されたソーラーパネルユニットUSPの傾斜角度を変更することができる。
これによると、平行リンク機構9の一部と回転ブラシ5との重量だけでソーラーパネルユニットUSPに回転ブラシ5を接触させることができ、ソーラーパネルユニットUSPに対して回転ブラシ5を一定な角度で接触させることができる。そのため、ソーラーパネルユニットUSPに偏った荷重を負荷することなく、安定した洗浄作業を行なうことができる。
これによると、回転ブラシ5をソーラーパネルユニットUSPから離間させて保持することで、洗浄を行わずに構造枠3(ソーラーパネル洗浄装置PWM)を移動させたいときに、迅速に移動させることができる。
これによると、構造枠3の天井部3a5で囲まれる投影面積分という広い面積に降る雨水を捕水することで、潤沢な洗浄水を供給することができる。また、捕水された雨水の重量は、構造枠3で受けるので、ソーラーパネルユニットUSPに負荷をかけることが無く、ソーラーパネルSPの変形や損傷を防止することができる。
これによると、複数のソーラーパネルユニットUSPが複数の列で並べられている場合において、トラバーサ装置10によって構造枠3(ソーラーパネル洗浄装置PWM)をソーラーパネルユニットUSPの他の列に迅速かつ確実に移動させることができる。
また、第一・第二・第三ブラシ部53,54,55を、ポリプロピレン製の直毛が半径方向に多数本突出したものとしたが、これに限定されず、例えば、スポンジ材、布材等で形成されたものでもよい。
Claims (7)
- 一列に並べられた複数のソーラーパネルと、
前記複数のソーラーパネルの並べられた方向に沿って延在し、前記ソーラーパネルを挟んで両側に設けられた一対の軌条と、
前記ソーラーパネルの両側の前記軌条上に移動可能に支持され前記ソーラーパネルの上面を囲むように配置される門型の構造枠と、
前記構造枠を前記軌条に沿って移動させる移動装置と、
前記構造枠に設けられ、前記複数のソーラーパネルが並べられた方向に対して交差する方向に延在する回転中心を備え、前記ソーラーパネルの上面に接触可能に配置された回転ブラシと、
前記構造枠に設けられ前記回転ブラシを回転させる駆動装置と、
前記構造枠の上面に広がって設けられ、降雨の際の雨水を集める捕水部と、
前記捕水部により集められた雨水を前記回転ブラシに注ぐ注水部と、
前記複数のソーラーパネルが並べられた方向に対して直交する仮想平面内で傾動可能に前記ソーラーパネルを支持する架台と、備え、
前記架台は、前記架台の傾動を複数の係止位置で係脱可能に係止させる係止装置を備え、
前記構造枠と前記架台との間に設けられ、前記移動装置による前記構造枠の移動に連動して前記係止装置で係止された係止位置を他の係止位置である次期係止位置に移動させる係止装置操作部を備え、
前記ソーラーパネルの洗浄システムは、制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記ソーラーパネルの傾斜角度が前記回転ブラシの傾斜角度と一致していない場合には、前記移動装置による前記構造枠の移動により、前記係止装置操作部を用いて、前記ソーラーパネルの傾斜角度を前記回転ブラシの傾斜角度に一致させ、
前記ソーラーパネルの傾斜角度が前記回転ブラシの傾斜角度と一致する場合には、前記移動装置による前記構造枠の移動により、前記回転ブラシによる前記ソーラーパネルの洗浄を行う、ソーラーパネルの洗浄システム。 - 前記係止装置操作部は、
前記架台の片方の端部側に設けられた接触部と、
前記構造枠に設けられ前記構造枠の移動に伴って前記接触部に接触して前記接触部を上昇させることで前記架台を傾動させる傾斜接触面を備えた被接触部と、
を備えた請求項1に記載のソーラーパネルの洗浄システム。 - 前記回転ブラシは、固定節が前記構造枠に固定され前記構造枠の移動方向に沿って平行移動する平行リンク機構により、前記構造枠から揺動自在に垂下されている請求項1または2に記載のソーラーパネルの洗浄システム。
- 前記平行リンク機構には、前記回転ブラシを前記ソーラーパネルから離間させて保持す
る退避装置が設けられている請求項3に記載のソーラーパネルの洗浄システム。 - 前記捕水部は、前記構造枠の天井部で囲まれる投影面積分を捕水する請求項1記載のソーラーパネルの洗浄システム。
- 前記回転ブラシは、互いに平行に並べられ回転自在に支持された第一回転支軸と第二回転支軸とを備え、
前記第一回転支軸の中央部には、前記第一回転支軸の半径方向に突出するとともに軸方向に所定の幅で形成された第一ブラシ部が設けられ、
前記第二回転支軸の一方の端部側には、前記第二回転支軸の半径方向に突出するとともに前記第一ブラシ部と一部が重なるように軸方向に所定の幅で形成された第二ブラシ部が設けられ、
前記第二回転支軸の他方の端部側には、前記第二回転支軸の半径方向に突出するとともに前記第一ブラシ部と一部が重なるように軸方向に所定の幅で形成された第三ブラシ部が設けられた請求項3に記載のソーラーパネルの洗浄システム。 - 前記複数のソーラーパネルが複数の列で並べられている場合において、
前記複数のソーラーパネルの前記列に夫々設けられた前記軌条に直交する一対の交差軌条と、
前記構造枠を搭載するとともに前記交差軌条上を移動して、搭載した前記構造枠をいずれか他の列の前記軌条に整列させる搭載台と、
を備えたトラバーサ装置を、
さらに備える請求項1または2に記載のソーラーパネルの洗浄システム。
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