机器人太阳能面板清洁系统的制作方法

本发明涉及通过使用光伏太阳能面板来产生电能，并且具体地涉及用于清洁太阳能面板以提高它们的效率的系统。

背景技术：

包括太阳能的可再生能源正成为全球能源结构中越来越大的一部分。使用光伏太阳能电池面板执行大多数太阳能捕获。面板通常用透明玻璃覆盖件覆盖，用于保护太阳能电池以免直接暴露于环境。然而，随着时间的推移，玻璃覆盖件可积聚污物、有机物、沙子、泥浆、真菌生长物和其它碎屑，这降低了它们覆盖的太阳能面板的发电效率。在图1和图2中示出在面板覆盖件上的积聚物的实例。图1示出太阳能面板，所述太阳能面板在其大部分表面上方覆盖有污物(如灰尘)或沙子的零散层。图2示出另一个太阳能面板，所述太阳能面板的表面覆盖有残留物的条痕，其中在面板的边缘附近具有明显的积聚物。如图2所示的残留物倾向于附着到太阳能面板覆盖件，并且可很难去除。各种研究表明，污物积聚可使太阳能面板输出功率降低高达80％。此外，已经发现，小颗粒对功率输出具有特别有害的作用。举例来说，科威特市记录了由于在六天后的沙子积聚，太阳能面板的功率减少了17％。

迄今为止采用的用于清洁和维护太阳能面板的常规方法和系统通常在清洁效率方面不合格、清洁积聚物的某些时间比其它时间更佳、缺乏耐用性，或受其它障碍困扰，如对水的需求高，这在难以获得水的环境(如沙漠)中可为不期望的。

因此，提供一种高效、需要少量水并且适应性强且耐用的太阳能面板清洁系统将是有利的。本公开解决了本领域中的这些和其它缺陷。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种用于太阳能面板的清洁系统。清洁系统包含：i)框架，所述框架可在横向方向上在太阳能面板上方移动，所述框架具有在横向方向上取向的横向边缘；ii)刷子组件，所述刷子组件定位在框架内并可在纵向方向上移动，所述刷子组件包括布置在框架内的多个刷子保持器，其中每个刷子保持器适于可互换地接纳用于清洁太阳能面板的刷子；和iii)液体喷射装置，所述液体喷射装置包括布置成至少一排的喷嘴，用于将水和水清洁剂混配物中的至少一种喷射到太阳能面板上。液体喷射装置包括定位在框架的横向边缘中的至少一个附近的喷嘴，用于将水和水清洁剂混配物中的至少一种喷射到刷子组件的纵向端部上。

在一些实施例中，液体喷射装置包括定位在框架内的多排喷嘴，所述多排喷嘴在横向方向上取向。

本发明的清洁系统还可包括用于将强制空气施加到太阳能面板的强制空气装置。在一些实施方案中，强制空气装置包括被取向成将加压空气施加到太阳能面板上的多个喷嘴。在其它实施方案中，强制空气装置包括多个风扇，所述多个风扇位于框架内的各个纵向位置处。也可使用喷嘴和风扇的组合。

清洁系统的实施例另外包含支撑杆，所述支撑杆用于在框架在太阳能面板上方移动时可移动地支撑框架。清洁系统可包括皮带轮系统，所述皮带轮系统适于相对于支撑杆驱动框架。在一些实施方案中，可使用独立的电源来为清洁系统供电，所述独立的电源在太阳能面板(一个或多个)本身不操作时处于活动状态。

根据本发明的清洁系统还可包括第二皮带轮系统，所述第二皮带轮系统用于使刷子组件内的刷子保持器相对于框架移动。第二皮带轮系统在纵向方向上驱动刷子保持器。

清洁系统的另外的实施例包含第一传感器和控制单元，所述第一传感器用于确定框架相对于支撑杆的位置，所述控制单元联接到传感器并且配置成当其从传感器接收到指示框架已到达经过太阳能面板的位置极限的数据时，使框架的横向行进方向反向。

一些实施方案包括用于确定清洁系统可用的水量的第二传感器。在这类实施方案中，控制单元可联接到第二传感器并且配置成在接收到指示低水可用性的数据时减少液体喷射装置的使用。控制单元也可联接到诊断模块，所述诊断模块为太阳能面板提供效率数据。控制单元可配置成根据接收到的效率数据来激活或停用液体喷射装置或强制空气装置中的至少一个。

本发明的实施例还包括一种清洁太阳能面板的方法，所述方法包含：i)提供刷子组件，所述刷子组件包括适于接纳可互换刷子的多个刷子保持器，其中刷子组件结合在框架中；ii)使框架与刷子组件一起在太阳能面板的表面上方移动，同时使刷子与太阳能面板的表面接触；iii)使刷子在刷子组件内相对于框架移动；和iv)将水清洁剂混合物喷射到太阳能面板上以清除碎屑，并喷射到刷子组件上以清洁刷子。

在一些实施例中，清洁方法另外包括将强制空气施加到太阳能面板上以进一步从太阳能面板清除碎屑。

在一些实施方案中，从沿着框架的运动方向取向的至少一排喷嘴喷射水清洁剂混合物。

在另外的实施例中，清洁方法还包括接收关于太阳能面板的发电效率的信息；和基于接收到的关于太阳能面板的发电效率的信息，控制水清洁剂混合物的喷射和强制空气到太阳能面板上的施加。在一些实施方案中，所述方法还包括基于接收到的关于太阳能面板的发电效率的信息来控制框架的运动。在另外的实施方案中，当框架在其在太阳能面板上方的运动中已经到达位置极限时，对其进行检测，并且如果已经到达极限，则使框架的运动方向反向。另外，可检测可用于清洁太阳能面板的水位，并且可基于检测到的可用水位来控制水清洁剂混合物到太阳能面板上的喷射。

可使用本文公开的各种实施例和实施方案的任何组合。

这些和其它方面、特征和优点可从本发明的某些实施例和附图以及权利要求的以下描述中了解。

附图说明

图1是覆盖有零散碎屑的实例太阳能面板的透视图。

图2是覆盖有残留物膜的实例太阳能面板的透视图。

图3是根据本发明的实施例的太阳能面板清洁系统的实施例的示意性顶视图。

图4是图3所示的清洁系统的放大视图，其中移除了下面的太阳能面板。

图5是根据本发明的实施例的太阳能面板清洁系统的框架和刷子组件的示意性顶视图。

图6是根据本发明的用于从太阳能面板清除污物的强制空气和液体喷射系统的实施例的示意性顶视图。

图7是根据本发明的采用风扇的用于从太阳能面板清除污物的强制空气系统的替代实施例的示意性顶视图。

图8是根据本发明的用于操作清洁系统的控制系统的实例性实施例的示意性框图。

注意，附图是说明性的并且不一定按比例绘制。

具体实施方式

通过概述的方式，本公开描述一种在太阳能面板可操作的同时在高效条件下清洁并维护太阳能面板的在线清洁系统。清洁系统包括可调节框架和可更换清洁元件，并且因此适用于不同尺寸和布置的太阳能面板。

图3是根据本发明的实施例的清洁系统的示意性顶视图。清洁系统100包括沿一个维度(表示为纵向轴线)伸长的矩形框架105。框架105具有第一纵向端部107和第二纵向端部109，并且包围刷子组件110。第一端部107可移动地联接到第一支撑杆112，并且第二端部109可移动地联接到第二支撑杆114。框架105可沿被表示为横向轴线的取向沿着支撑杆112、114在向前和向后的方向上移动。机动皮带轮系统或类似的动力机构(图3中未示出)用于为框架沿着支撑杆112、114的移动提供动力。示出框架105安装在太阳能面板115上方。太阳能面板的表面积通常在0.5至2平方米的范围内，并且覆盖有由玻璃制成的透明保护覆盖件。将框架105的长度调节成近似匹配面板115的长度。太阳能面板115可以是单个面板，但是在大多数太阳能发电厂中，将是沿着横向轴线进一步延伸的一排类似的面板(“太阳能排”)的一部分。支撑杆112、114可沿着整个太阳能排延伸，并且当是这种情况时，框架105可沿着支撑杆112、114移动以覆盖整个太阳能排。联接到支撑杆112或位于支撑杆112附近的第一排喷射嘴122被定位成将清洁流体的喷射流引导朝向接近框架的第一端部107的刷子组件110。联接到支撑杆114或位于支撑杆114附近的第二排喷射嘴124被定位成将清洁流体的喷射流引导朝向接近框架的第二端部109的刷子组件110。定位在框架105上方的电源130为清洁系统100提供电力，并且也可以是为太阳能面板设施的其它模块供电的电源系统的一部分。电源130可以是专门用于为清洁系统提供电力的附加专用太阳能电池。替代地，可将电源130实施为可再充电电源。举例来说，电源130可包含可再充电蓄电池，当面板操作时，所述可再充电蓄电池可由一个或多个太阳能面板充电，并且然后当面板离线时，清洁系统可利用蓄电池储存的能量。

图4是图3所示的清洁系统的放大视图，其中移除了下面的太阳能面板。如所示出的，框架105在第一端部107处联接到第一组轮子160，并且在第二端部109处联接到第二组轮子162。轮组160、162使框架105能够水平地(沿横向轴线)滑动，以与支撑杆112、114上的轨道、凸缘或类似的牵引表面接触。在所描绘的实施例中，轮组160、162被装设成在框架105和太阳能面板的平面上旋转(即，轮子的旋转轴线垂直于框架和太阳能面板的平面)。在其它实施例中，可将轮组与图4中所示的取向垂直或以其它方式来装设和取向。

在驱动机构的一个实施例中，马达(未示出)激活驱动皮带轮160，所述驱动皮带轮160继而激活第一和第二梯级皮带轮162、164。梯级皮带轮162驱动支撑杆112上的梯级链条165，而梯级皮带轮164驱动支撑杆114上的梯级链条167。此机构使支撑杆上的轮子移动，这继而在向前和向后的方向上跨太阳能面板牵拉框架105。第一方向切换器170连接到驱动皮带轮160，并且可操作以使驱动皮带轮在向前方向上驱动梯级皮带轮162、164，并且第二方向切换器172也连接到驱动皮带轮并可操作以使驱动皮带轮在向后方向上驱动梯级皮带轮162、164。可通过操作者命令或使用基于检测框架105的位置的设备的控制单元自动地激活方向切换器。在一些实施例中，可采用极限传感器和/或编码器来确定框架相对于支撑杆112、114的位置。控制单元可使用来自检测器的信号来确定框架是否已完全经过太阳能面板的长度，并且如果是这样的话，则使框架的移动的方向反向。

图5是根据本发明的实施例的框架105和刷子组件110的示意性顶视图。刷子组件110被包围在框架105内，所述刷子组件110包含一组刷子保持器(例如182、184)，所述刷子保持器沿着框架的大体长度以纵向排布置。每个刷子保持器182、184配置成接纳可互换刷子(未明确示出)。刷子是模块化的，并适于通过卡扣配合、榫槽、套筒和其它合适的联接方法配合到刷子保持器182、184上。以这种方式，可将各种不同类型的刷子(如柔软的微纤维、海绵和罗珀(roper)刷子)以不同的次序和位置可更换地结合在刷子组件110中。刷子组件110整体适于通过如皮带轮190和链条192的机构在纵向方向(垂直于框架本身的移动)上移动。在一些实施方案中，皮带轮190可通过中间传动机构由移动框架105的相同驱动皮带轮150驱动。也可使用其它刷子驱动机构。在图5的实施例中，刷子保持器182、184直接联接到链条192。当通过皮带轮190使链条190移动时，在纵向方向上运载刷子保持器。链条190可以是传送带，所述传送带以连续回路的形式移动刷子，使得各个刷子连续移动并周期性地到达清洁通道的端部。刷子在沿着框架移动时清洁太阳能面板。当刷子到达框架的边缘时，所述刷子通过暴露于来自定位在支撑杆上或附近的一排流体喷射嘴122(在图3中)的水/清洁剂混合物的强力喷射流来进行清洁。在一些实施例中，刷子组件的移动方向可以是单向的，而在其它实施例中，采用反向机构进行双向运动。

在图6中示出根据本发明的用于清洁系统的空气/液体喷射系统200的实施例的示意性顶视图。系统200包括强制通风或鼓风装置(“强制空气装置”)，用于帮助将灰尘颗粒清除并移动到框架之前。系统200还包括液体喷射装置215，所述液体喷射装置215适于供应水-清洁剂混合物以用于类似的清洁目的。在一个实施例中，强制空气装置包含邻近于框架105的第一外纵向边缘以列的形式布置的第一组空气喷嘴212，和在框架105的另一外纵向边缘上以列的形式布置的第二组空气喷嘴214。尽管未在图6中示出，但是两组喷嘴212、214都联接到框架105并从框架105延伸。空气喷嘴组212、214也与可沿框架105分布的强制空气源流体连通。在所描绘的实施例中，液体喷射装置包括在框架105的内部沿横向轴线水平地取向的五排喷嘴221、222、223、224和225。可使用更少或更多数量的喷嘴排(其中每排喷嘴数量不同)。喷嘴排221-225优选地在足以覆盖和清除污物和碎屑的高压下喷射水/清洁剂混合物。应注意，如果需要和当需要时，如在干旱的环境中，为了节约水资源，可将喷射中使用的流体的体积保持在最小。液体喷射装置与水和清洁剂供应管线(未示出)连通，所述水和清洁剂供应管线也可供应图2所示的刷子清洁喷嘴122。

在图7所示的强制空气装置的替代实施例中，在框架内纵向地分布的风扇232、234、236将强制空气引导朝向太阳能面板。当操作时，可由太阳能面板或太阳能排提供用于操作风扇232、234、236的电力。

在另一替代实施例中，液体喷射装置可包含独立系统，如分布在太阳能面板上方的“喷头”喷射器。在一个实施方案中，可沿着太阳能排的较高端部安装具有面向太阳能面板的孔的水供应管道。当液体流动通过管道时，液体以喷头的方式通过孔射出到太阳能面板表面上。另外，可将提供强制空气和水/清洁剂以进行清洁的空气和液体供应管线放置在由梯级链条移动的滚筒上，以遵循框架的路径。如图7所示并如先前所指出的，专用喷射嘴252、254被定位成当刷子到达通过框架的每次清洁行程的端部时清洁刷子组件中的刷子。

图8是根据本发明的用于操作太阳能面板清洁系统的控制系统800的实施例的高级框图。可被实施为一个或多个处理器和/或编程逻辑单元(plu)和高速缓冲存储器的控制单元802可操作以生成用于操作和从系统800的其它设备接收数据的命令。控制单元802自动地或响应于手动地或经由如智能电话的远程设备接收到的用户(操作者)命令804来生成命令。控制单元接收来自若干个设备的感测输入，并将命令传递给多个致动器设备以操作清洁系统。

传感器设备包括极限传感器或编码器806，所述极限传感器或编码器806检测框架相对于支撑杆(和太阳能面板)的相对位置，并且还可检测框架相对于太阳能面板在其方向移动上是否已到达预设极限。水位传感器808连接到水供应管线，并测量可用于清洁系统的水的量。水位传感器808可以是用于测量贮存器中的水位或供应管线中的流量的静态仪表，或可以是与较大的水供应系统的其它部分连通的有源部件。控制单元802还从诊断模块809接收太阳能面板的太阳能发电效率数据。

由控制单元802操作的致动器设备包括用于使框架在太阳能面板上方移动的框架移动控制件810。如上所述，框架移动控制件810包括一个或多个致动器，用于操作马达、皮带轮、链条、方向切换器和/或控制框架在向前和反向方向上运动的其它部件。空气喷嘴/风扇控制件812包括致动器，所述致动器可操作以例如打开和关闭空气喷嘴系统的喷嘴和/或激活或停用一个或多个风扇元件。类似地，液体喷射控制件814包括可操作以打开和关闭液体喷射系统的喷嘴的致动器。刷子组件移动控制件816包括用于操作皮带轮和链条的致动器，所述致动器使刷子在清洁系统的框架内纵向地移动。

在操作中，当极限传感器/编码器806检测到框架已经完成了在向前或反向方向上经过太阳能面板(或排)时，此信息由控制单元802接收，这可激活方向切换器以改变框架的运动方向。类似地，当水位传感器808检测到低于某一阈值的低水位并将此信息发送到控制单元802时，控制单元802可减少清洁操作期间在喷射中使用的水量，减少清洁操作的频率，或完全停止操作，直到水可用性改善为止。

另外，通过控制空气/流体喷射系统，控制单元802可例如基于环境条件和关于太阳能面板的效率的信息来改变所施加的空气的量和频率。当确定面板覆盖有大量碎屑时，可通过激活(例如，打开)空气喷嘴和/或增加风扇操作来增加空气流。类似地，控制单元802可通过控制液体喷射装置的喷射嘴来增加施加到太阳能面板的流体喷射流的量和在水/清洁剂混合物中施加的清洁剂的量。相反地，当面板相对清洁时，控制单元802可通过关闭一个或多个喷嘴和/或减少强制空气装置的风扇操作来减少空气流和流体喷射流的量。

就提高效率和降低成本而言，本文公开的清洁系统具有许多优点。由于清洁系统的刷子是模块化且可更换的，因此可容易地进行维护，并且可使新刷子定期地替换效率变得较低的较旧刷子。此外，刷子的可互换性使得能够选择最适合于安装时的主要条件的刷子类型。另外，使用强制空气有助于防止由于使灰尘积聚物移动引起的对面板表面的机械损坏。

应当理解，本文所公开的任何结构和功能细节不应被解释为限制所述系统和方法，而是作为用于教导本领域技术人员实施所述方法的一种或多种方式的代表性实施例和/或布置方式来提供。

应当进一步理解，贯穿几个附图，在附图中相同的数字表示相同的元件，并且对于所有实施例或布置不是需要所有的参照附图描述和说明的部件和/或步骤

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如本文所用，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”旨在还包括复数形式。将进一步理解，术语“包含(comprises)”和/或“包含(comprising)”在用于本说明书中时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。

本文所用的取向术语仅用于约定和参考的目的，而不应被解释为限制性的。然而，应认识到，这些术语可参考观看者使用。因此，不暗示或推断出任何限制。

此外，本文所用的措词和术语是出于描述的目的并且不应被视为限制性的。在本文中“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”和其变型的使用意指涵盖在其后所列出的项目和其等效物以及附加项目。

虽然已参考实例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应了解，在不脱离本发明的范围的情况下可进行各种改变并且可用等效物替换本发明的元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，本领域的技术人员将理解许多修改以使特定仪器、情形或材料适于本发明的教示。因此，不希望本发明限于作为预期用于实行本发明的最佳模式来公开的特定实施例，但本发明将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。