Устройство для очистки солнечных панелей Российский патент 2023 года по МПК B08B9/00 

Предложение относится к области солнечной энергетики, а именно к устройствам для очистки от загрязнений с фронтальной части солнечных панелей, в том числе и снега.

Известно устройство для очистки солнечных панелей (патент на ПМ RU № 215592, МПК B08B 9/049, F24S 40/20, H02S 40/10, опубл. 19.12.2022 Бюл. № 35) которое содержит раму, выполненную с возможностью перемещения вдоль солнечных панелей, вращающиеся элементы для передвижения, взаимодействующие с поверхностью панели, щетку, причем устройство содержит две пары движителей в форме колеса, связанных механической зубчатой передачей, сформированной из тройки шестерен, с валами сервоприводов на каждую пару движителей при этом для передвижения на солнечных модулях, расположенных под углом, снабжается дополнительным движителем в форме колеса, соединенного с валом сервопривода и установленного параллельно верхнему ребру солнечной панели.

Недостатком основным данного устройства является сложность конструкции из-за использования на одной раме всех движителей, редукторов, элементов фиксации и ориентации, что в свою очередь приводит к большой массе устройства, и, как следствие, большим затратам энергии для осуществления перемещения и очистки панелей.

Наиболее близким по технической сущности является система очистки солнечных панелей (патент US № 8984704, МПК В08B 1/00, F24J 2/46, H01L 31/042, A47L 11/38, B08B 3/02, опубл. 24.03.2015), содержащая: направляющую, расположенную перпендикулярно множеству рядов солнечных панелей; чистящую тележку, содержащую привод для перемещения чистящей тележки вдоль верхнего и нижнего брусков панелей каждого из рядов: транспортирующую тележку, содержащую механизм доставки для транспортировки тележки вдоль рельсового пути, тем самым позволяя переносить тележку для уборки из одного ряда в другой ряд; при этом транспортирующая тележка имеет опорную раму, на которой расположена тележка для уборки при перемещении из одного ряда в другой ряд. и в котором верхняя планка и нижняя планка рамы соответствуют наклонной планке и нижней планке каждой из панелей; и система управления для управления перемещением транспортирующей тележки и перемещением чистящей тележки.

Недостатком основным данной системы является сложность конструкции из-за использования на одной чистящей тележке привод, редуктор, элементы фиксации и контрольно-измерительные механизмы, а также применение механизма доставки для транспортирования чистящей тележки к соответствующим солнечным панелям, что в свою очередь приводит к большой общей массе системы, и, как следствие, большим затратам энергии для осуществления перемещения подвижного механизма и чистящей тележки и очистки панелей.

Техническом результатом предполагаемого изобретения является создание простого, легкого и, как следствие, более экономного устройства для очистки солнечных панелей за счет выноса с чистящей тележки приводных и контрольно-измерительных механизмов, устанавливаемых стационарно.

Техническим решением является устройство для очистки солнечных панелей, включающее параллельные направляющие, установленные с двух сторон наклонной солнечной панели, чистящую тележку, перемещаемую по направляющим приводом с электродвигателем и контролем датчиками положения и нагрузки.

Новым является то, что направляющие расположены вдоль боковых сторон солнечной панели и оснащены верхним и нижним упорами для исключения падения чистящей тележки, а сверху солнечная панель снабжена как минимум одним направляющим роликом для соответствующей гибкой тяги, которая соединена одним концом с приводом в виде вала, а другим - чистящей тележкой, расположенной первоначально снизу направляющих и изготовленной в виде жесткой поперечной относительно направляющих пластины с чистящей подкладкой, опирающейся на солнечную панель, и как минимум одним грузом с суммарной массой, позволяющей опускаться тележке вниз из верхнего положения под собственным весом после подъема, при этом пластина тележки оснащена верхней режущей кромкой с верхней наклонной плоскостью с углом к солнечной панели 12°-35° для разрезания загрязнений и/или снега, находящихся на солнечной панели, без подъема наверх, а направляющие установлены выступающими сверху солнечных панелей для размещения верхней кромки чистящей прокладки в верхнем положении выше верхнего края солнечной панели и сброса загрязнений и/или снега вниз под собственным весом.

Новым является также то, что при наличии более одного груза они размещены равномерно по длине пластины чистящей тележки.

На фиг. 1 изображено устройство на солнечной панели в изометрии.

На фиг. 2 изображена чистящая каретка в поперечном разрезе А-А (фиг. 1), расположенная в верхнем положении относительно панели.

Устройство для очистки солнечных панелей 1 (фиг. 1 и 2) включает в себя параллельные направляющие 2, установленные с двух боковых сторон наклонной солнечной панели 1, чистящую тележку 3, перемещаемую по направляющим 2 приводом с электродвигателем (не показаны) и контролем датчиками положения (например, электромагнитный, механический или оптический счетчик оборотов вала привода - не показан) и нагрузки (например, пружинный или пьезоэлектрический датчик натяжения - не показан). Все конструктивные элементы (привод с электродвигателем и датчики положения и нагрузки), не задействованные в очистке солнечной панели 1 установлены отдельно от чистящей каретки 3 на стационарных постах (не показаны), значительно облегчая ее вес. На виды и установку датчиков натяжения и нагрузки автор не претендует, так как это известно в большом количестве из открытых источников. Угол наклона α (фиг. 2) солнечной панели 1 выбирается технологами для попадания солнечных лучей под прямым или тупым углом, дающим большую эффективность для вырабатывания энергии солнечно панели 1 (на это автор не претендует). Это достигается установкой солнечной панели на раму 4. В качестве рамы 4 может быть использована любая естественная или искусственная неровность, в том числе и крыша здания. Направляющие 2 (фиг.1) оснащены верхним 5 и нижним 6 упорами для исключения падения чистящей тележки 3 с солнечной панели 1. Сверху солнечная панель 1 снабжена как минимум одним направляющим роликом 7 для соответствующей гибкой тяги 8 (например, струна, трос, канат или т.п.), которая соединена одним концом с приводом в виде вала (не показан), соединенным напрямую или через редуктор с электродвигателем, а другим - с чистящей тележкой 3, расположенной первоначально снизу направляющих 2. На виды соединения (карабином, пайкой, узлом или т.п.) гибкой тяги 8 с чистящей тележкой 3 автор не претендует. Чистящая тележка 3 (фиг. 2) изготовлена простой и легкой, в виде жесткой поперечной относительно направляющих 2 пластины 9 с чистящей подкладкой 10 (полиуретан, плотный поролон, пористая резина или т.п.), опирающейся на солнечную панель 1, и как минимум одним грузом 11 (на форму груза автор не претендует) с суммарной массой, позволяющей опускаться тележке 3 вниз из верхнего положения под собственным весом после подъема. Пластина 8 (фиг. 2) чистящей тележки 3 оснащена верхней режущей кромкой 12 с верхней наклонной плоскостью с углом b к солнечной панели 12°-35° (b=12°-35° - выбрано эмпирическим путем) для разрезания загрязнений и/или снега, находящихся на солнечной панели 1, без подъема наверх. Угол b менее 12° значительной увеличивает размеры и массу пластины 9, более 35° - резко увеличивает нагрузку для рассечения (разрезания) снега и/или загрязнений, что в совокупности приводит к значительному увеличению (в 1,3 - 2,2 раза при толщине пластины 9 - 5 мм) затрат энергии при перемещении чистящей тележки 3 вверх. Угол с при вершине подкладки 10 может быть любым в зависимости от преобладающего загрязнения (для снега и пыли желательно с=65°-90°), а толщина h чистящей подкладки 10 выбирается эмпирическим путем (например, для снега и пыли h=0,5-3 мм - чем плотнее материал, тем меньше h). Направляющие 2 установлены выступающими сверху солнечной панели 1 для размещения верхней кромки 12 и чистящей прокладки 9 в верхнем положении выше верхнего края 13 солнечной панели 1 и сброса загрязнений и/или снега вниз под собственным весом вниз. При наличии более одного груза 11 (фиг. 1) его размещают равномерно по длине пластины 9 чистящей тележки 3 для равномерного распределения нагрузки.

Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.

Устройство для очистки солнечных панелей работает следующим образом.

Исходя из статистических данных загрязнения, определяют необходимый период для каждого времени года, через который необходимо проводить очистку солнечной панели 1. Также определяют предельно допустимую нагрузку на привод (берут из паспортных данных изготовителя или после экспериментальных исследований) для определения допустимой нагрузки (обычно 75-90 % от предельно допустимой - чем больше срок автономной (без присутствия обслуживающего персонала) работы, тем меньше должна быть нагрузка от предельно допустимой). Эти данные вводят в блок управления (БУ) электродвигателем привода, куда также вводят значения крайних (верхнего и нижнего) положений чистящей тележки 3.

Чистящую тележку 3 (фиг. 1) с как минимум одним грузом 11 устанавливают сверху на солнечную панель 1, расположенную на раме 4, так, чтобы режущая кромка 12 (фиг. 2) пластины 9 была направлена вверх, а чистящая подкладка 10 опиралась на солнечную панель 1. При этом чистящая каретка 3 (фиг. 1) взаимодействует с боковыми направляющими 2, например, при помощи торцевых выступов 14, оснащенных колесиками (не показаны) или покрытыми износостойким материалом (не показан) с низким коэффициентом трения (графитовая смазка, вулканизированный полиуретан, бронза, полированная нержавеющая сталь или т.п.). Чистящую каретку 3 опускают вниз до взаимодействия выступов 14 в нижние упоры 6 направляющих 2. Каждую гибкую тягу 8 от привода перекидывают через соответствующий направляющий ролик 7 и соединяют с чистящей кареткой 3. Электродвигатель привода соединяют с БУ. После чего устройство готово к работе.

БУ подает сигнал на электродвигатель, который начинает вращать привод для наматывания гибкой тяги 8. Направляющие ролики 7 не позволяют смещаться гибкой тяги 8 влево или вправо для равномерного подъема чистящей каретки 3. При этом режущая кромка12 пластины 9 благодаря углу b рассекает загрязнения (например, птичий помет или т.п.) или снег, которые, потеряв адгезию к поверхности солнечной панели 1, переваливаются через пластину 9 и сквитываются по солнечно панели 1 вниз, а чистящая подкладка 10 небольшие остатки загрязнений или снега счищает и собирает перед собой.

При достижении чистящей тележкой 3 (фиг. 1) верха солнечной панели 1, когда выступы 14 упираются в верхний упор 5, режущая кромка 12 (фиг. 2) платины 9 и чистящая прокладка 10 располагаются выше верхнего края 13 солнечной панели 1, скопившихся перед платиной 9 и/или чистящей прокладкой 10 загрязнения и/или снег осыпаются вниз под собственным весом. При этом нагрузка на датчике нагрузки растет до допустимой, а на датчике положения показывает о достижении крайней верхней точки, БУ отключает электродвигатель, а чистящая тележка 3 под весом грузов 11 опускается вниз до нижних упоров 6, счищая при этом не скатившиеся с солнечной панели 1 загрязнения и/или снег.

При сильных снегопадах чистящая тележка может не очистить за один проход солнечную панель 1. При этом нагрузка на датчике нагрузки растет до допустимой, а на датчике положения показывает о не достижении крайней верхней точки, БУ отключает электродвигатель, а чистящая тележка 3 под весом грузов 11 опускается вниз до нижних упоров 6, счищая при этом не скатившиеся с солнечной панели 1 загрязнения и/или снег. После чего БУ подает сигнал на электродвигатель, который начинает вращать привод для наматывания гибкой тяги 8, чистящая тележка 3 с грузами 11 на очищенной поверхности солнечной панели 1 набирает скорость и, как следствие инерцию и очищает остатки снега. При необходимости эти действия повторяются пока датчик положения не покажет о достижении крайней верхней точки чистящей каретки 1, тем самым автоматически обеспечивая полную очистку солнечной панели 1, независимо от количества снега на ней без дополнительных конструктивных и элементов.

Предлагаемое устройство для очистки солнечных панелей по конструкции чистящей тележки простая, легкая и, как следствие, более экономная за счет выноса с чистящей тележки приводных и контрольно-измерительных механизмов, устанавливаемых стационарно.

Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к устройствам для очистки от загрязнений с фронтальной части солнечных панелей, в том числе и снега. Устройство для очистки солнечных панелей включает параллельные направляющие, установленные с двух сторон наклонной солнечной панели, чистящую тележку, перемещаемую по направляющим приводом с электродвигателем и контролем датчиками положения и нагрузки. Направляющие расположены вдоль боковых сторон солнечной панели и оснащены верхним и нижним упорами для исключения падения чистящей тележки. Сверху солнечная панель снабжена как минимум одним направляющим роликом для соответствующей гибкой тяги, которая соединена одним концом с приводом в виде вала, а другим - чистящей тележкой, расположенной первоначально снизу направляющих и изготовленной в виде жесткой поперечной относительно направляющих пластины с чистящей подкладкой, опирающейся на солнечную панель, и как минимум одним грузом с суммарной массой, позволяющей опускаться тележке вниз из верхнего положения под собственным весом после подъема. Пластина тележки оснащена верхней режущей кромкой с верхней наклонной плоскостью с углом к солнечной панели 12-35° для разрезания загрязнений и/или снега, находящихся на солнечной панели, без подъема наверх. Направляющие установлены выступающими сверху солнечных панелей для размещения верхней кромки чистящей прокладки в верхнем положении выше верхнего края солнечной панели и сброса загрязнений и/или снега вниз под собственным весом. При наличии более одного груза они размещены равномерно по длине пластины чистящей тележки. Технический результат – упрощение и снижение веса устройства для очистки солнечных панелей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для очистки солнечных панелей, включающее параллельные направляющие, установленные с двух сторон наклонной солнечной панели, чистящую тележку, перемещаемую по направляющим приводом с электродвигателем и контролем датчиками положения и нагрузки, отличающееся тем, что направляющие расположены вдоль боковых сторон солнечной панели и оснащены верхним и нижним упорами для исключения падения чистящей тележки, а сверху солнечная панель снабжена как минимум одним направляющим роликом для соответствующей гибкой тяги, которая соединена одним концом с приводом в виде вала, а другим - чистящей тележкой, расположенной первоначально снизу направляющих и изготовленной в виде жесткой поперечной относительно направляющих пластины с чистящей подкладкой, опирающейся на солнечную панель, и как минимум одним грузом с суммарной массой, позволяющей опускаться тележке вниз из верхнего положения под собственным весом после подъема, при этом пластина тележки оснащена верхней режущей кромкой с верхней наклонной плоскостью с углом к солнечной панели 12–35° для разрезания загрязнений и/или снега, находящихся на солнечной панели, без подъема наверх, а направляющие установлены выступающими сверху солнечных панелей для размещения верхней кромки чистящей прокладки в верхнем положении выше верхнего края солнечной панели и сброса загрязнений и/или снега вниз под собственным весом.

2. Устройство для очистки солнечных панелей по п. 1, отличающееся тем, что при наличии более одного груза они размещены равномерно по длине пластины чистящей тележки.