Линейная тросовая система очистки солнечных панелей Российский патент 2024 года по МПК H02S40/10 

Область техники

Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к способам и системам для очистки солнечных панелей, и может использоваться для автоматизированного обслуживания солнечных электростанций, для уборки снега и загрязнений с фронтальной части солнечных модулей.

Уровень техники

Известно устройство для очистки солнечных панелей (патент РФ на полезную модель №215592, кл. МПК B08B 9/049, F24S 40/20, H02S 40/10, опубл. 19.12.2022), которая содержит раму, выполненную с возможностью перемещения вдоль солнечных панелей, вращающиеся элементы для передвижения, взаимодействующие с поверхностью панели, щетку. Устройство содержит две пары движителей в форме колеса, связанных механической зубчатой передачей, сформированной из тройки шестерен, с валами сервоприводов на каждую пару движителей. Для передвижения на солнечных модулях, расположенных под углом, устройство снабжается дополнительным движителем в форме колеса, соединенного с валом сервопривода и установленного параллельно верхнему ребру солнечной панели. Для механической очистки применяется щетка изменяемого размера для адаптации к различной высоте очищаемых модулей. В качестве источника питания сервоприводов используются аккумуляторные батареи и солнечная панель, установленная на корпус устройства для подзарядки основного источника электроснабжения.

Данное устройство обладает электроникой, перемещаемой вместе с устройством в процессе очистки, что подвергает её вибрациям и агрессивным условиям внешней среды и значительно снижает общий эксплуатационный ресурс. Помимо этого, тип движения посредствам движителей на перемещаемом модуле не позволят обеспечить достаточную мощность перемещения для очистки сложных загрязнений, в связи с тем, что он ограничен коэффициентом сцепления ведущих колес.

Известно устройство для предотвращения загрязнения и деградации солнечных модулей (патент РФ на полезную модель №218045, кл. МПК F24S 40/20, опубл. 04.05.2023), содержащее параллельно расположенные ряды потенциальных и заземленных осадительных электродов, выполненных с возможностью подачи на них высокого напряжения (до 10 кВ) от источника высокого напряжения, причем осадительные электроды закреплены на рамке, выполненной соразмерно площади корпуса солнечного модуля с возможностью ее демонтажа для очистки проводов и закрепленной на корпусе солнечного модуля.

Недостатком известного устройства является немеханический способ очистки, которые требует значительных затрат энергоресурсов. Кроме того, для повышения эффективности очистки необходимо расположение проводов в непосредственной близости от панелей, что может приводить к локальному затенению самих панелей и падению их выработки.

Известно устройство и способ автоматизированной очистки солнечной панели (патент РФ на изобретение №2645444, кл. МПК H01L 31/042, H01L 21/024, опубл. 21.02.2018). Устройство содержит источник питания, соединенный с солнечной панелью, датчики контроля загрязнения и провода, расположенные на поверхности солнечной панели, провода выполнены с возможностью колебания и переплетены друг с другом в виде решетки, установленной на поверхность солнечной панели, при этом в качестве источника питания используют источник переменного тока, а датчики контроля загрязнения выполнены в виде датчиков натяжения проводов, расположенных по всей внешней грани решетки из проводов.

Способ очистки солнечной панели, по которому загрязнение поверхности обнаруживают за счет увеличения силы натяжения проводов, при этом активируют очистку, при которой на провода подают переменный ток, обеспечивая одинаковые значения собственной частоты колебания проводов, при колебании провода соприкасаются друг с другом при максимальном значении амплитуды колебания, достигая механического резонанса, за счет которого обеспечивают вибрацию, необходимую для дробления льда и нагрев, необходимый для таяния снега и очистки панели.

Расположение проводов на поверхности панелей приводит к локальному затенению самих панелей и падению их выработки и деградации. Данный недостаток может компенсироваться уменьшением диаметра проводов, но в таком случае их прочность становится недостаточной для сопротивления снеговой нагрузке. Дополнительным недостатком известного устройства является немеханический способ очистки, который требует значительных затрат энергоресурсов.

Известен способ автоматизированной очистки солнечных панелей (патент РФ на изобретение №2679771, кл. МПК F24S 40/12, опубл. 12.02.2019), согласно способу на параллельно расположенные провода над поверхностью солнечной панели в первоначальный момент времени подают электрический ток. Сначала в течение первых трех секунд подают электрический ток, в три раза превышающий ток резонанса, а затем уменьшают его до значения электрического тока, создающего силу Ампера, способную привести провода к резонансу, с помощью которого обеспечивают стряхивание снега с поверхности солнечной панели.

Недостатками данного способа являются все перечисленные недостатки предыдущего способа, а также немеханический способ очистки, который требует значительных затрат энергоресурсов.

Известны способ и устройство для очистки поверхностей (патент РФ на изобретение №2799941, кл. МПК В08В 1/00, H02S 40/10, опубл. 14.07.2023). Устройство для очистки поверхности солнечных панелей от загрязнений содержит как минимум один кожух, выполненный с возможностью движения, примыкающий во время очистки к очищаемой поверхности, содержащий рабочую полость, в которой размещен полностью или частично механизм очистки и в которой производится очистка поверхности, причем кожух изолирует очищаемую поверхность от окружающей среды, при этом борта кожуха содержат вакуумную полость, выполненную с возможностью удаления воздуха. Способ очистки поверхности солнечных панелей от загрязнений, в котором выполненный с возможностью движения кожух, содержащий рабочую полость с размещенным в этой полости механизмом очистки, соединяют с очищаемой поверхностью, причем кожух изолирует рабочую полость от окружающей среды, причем используют кожух с бортами, содержащими вакуумную полость, из которой удаляют воздух.

Недостатком данного метода является необходимость создания вакуума, что крайне затруднительно в условиях реальной эксплуатации с перепадами температур и относительными смещениями панелей, меняющимися со временем; неровностями на панелях. Кроме того, он не лишен всех недостатков патента на полезную модель №215592, описанного выше.

Известна панель солнечной батареи (патент РФ на изобретение №2280217, кл. МПК F24J 2/52, опубл. 20.07.2006), которая состоит из вертикальной стойки, рамы и собственно солнечных батарей, при этом рама выполнена прямоугольной с соотношением сторон а/в=1,618, где а - малая сторона рамы, в - большая сторона рамы, продольные и поперечные ребра рамы расположены так, что образуемые ими ячейки имеют такое же соотношение сторон. Панель установлена шарнирно на центральной стойке и может независимо поворачиваться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях за счет установки двух дуг по 180° прямоугольного сечения, для очистки поверхности панели предусмотрена цилиндрическая щетка с возможностью вращения вокруг продольной оси и движения вверх-вниз по панели.

Недостатком данного метода является необходимость установки отдельной системы очистки на одной панели или относительно небольшой группе панелей, что значительно снижает общую надежность и повышает трудоемкость и себестоимость использования данного метода в промышленных масштабах.

Известен способ очистки поверхности солнечных панелей (заявка на изобретение US 2014007904, кл. МПК B08B 1/04, B08B 7/04, опубл. 09.01.2014), развернутых на открытом воздухе, включает установку стеклоочистителя таким образом, чтобы он перемещался по поверхности по заданному пути для удаления грязи с поверхности. Стеклоочиститель перемещается по поверхности в ответ на разницу между ночной температурой окружающей среды и дневной температурой окружающей среды на открытом воздухе.

Недостатком данного способа является зависимость мощности устройства от перепада температур, что может не обеспечивать достаточной мощности очистки в условиях низких и отрицательных температур, а также в дни с недостаточной разницей дневных и ночных температур. Невозможность включения устройства днем и в указанных выше условиях может привести к избыточному накоплению загрязнений при определенных погодных условиях и исключить возможность дальнейшей работы устройства.

Известна система очистки солнечных панелей (патент на изобретение US 10116255, кл. МПК A46B 11/00, B08B 3/02, H02S 40/10 и др., опубл. 30.10.2018), которая включает в себя щетку, соединенную шлангом с источником жидкости. Щетка имеет чистящий материал, например щетину, прикрепленную к корпусу щетки для механической очистки поверхности солнечной панели. Ширина контактной поверхности чистящего материала может быть равна ширине солнечной панели, так что солнечную панель можно очищать только движениями вверх и вниз. Корпус щетки может дополнительно поддерживать коллектор для жидкости, в который поступает жидкость из источника подачи жидкости. Жидкостный коллектор может включать в себя сопла, которые выбрасывают жидкость под давлением на солнечную панель. Форсунки могут выступать как вперед, так и назад от корпуса щетки, так что жидкость распыляется с солнечной панели перед и за щеткой. Форсунки форсунок могут перекрываться и попадать на всю ширину солнечной панели.

Недостатками данной системы являются невозможность использования в зимнее время из-за низких температур и возможных оледенений линий подачи жидкости. Также недостатком данного устройства является наличие насосов, которые нуждаются в мощных источниках энергии.

Известно устройство для очистки солнечной панели (заявка на изобретение US 20100293729, кл. МПК A46B 13/02, опубл. 25.11.2010), содержащее управляющее устройство и солнечную панель, в котором управляющее устройство установлено либо на нижней части, либо на нижней задней части задней части солнечной панели. Приводной двигатель управляющего устройства управляется посредством установки таймера, так что приводимый в действие очиститель будет приводиться в действие для очистки поверхности солнечной панели в заданное время.

Недостатком данного метода является необходимость установки отдельной системы очистки на каждой панели, что значительно снижает общую надежность и повышает трудоемкость и себестоимость использования данного метода в промышленных масштабах. Кроме того, при раздельной установке управляющих устройств и двигателей на каждой отдельной панели в случае их группового расположения возможна рассинхронизация таймеров с течением времени, что будет приводить к запылению не очищаемых в данный момент панелей из-за очистки соседних.

Известен способ очистки солнечных панелей от снега, льда или пыли (патент на изобретение US 11411531, кл. МПК H02S 40/12, B08B6/00, B08B 7/00, опубл. 09.08.2022). Способ очистки включает в себя выбор конкретных мест очистки на массиве солнечных панелей, главным образом, на основе различий в расположении препятствий и размерах препятствий. Способ очистки также включает в себя поэтапный и последовательный выбор мест очистки и поэтапную и последовательную активацию чистящих устройств внутри выбранных мест очистки. Дополнительные группы постепенно и последовательно активируемых очистительных устройств могут получать питание, полностью или частично, от предыдущих солнечных панелей, которые были очищены.

Недостатком данного способа является последовательное включение чистящих устройств, что приводит к промежутку времени, когда часть панелей не очищается, и, соответственно не обеспечивает полной генерации. Это негативно влияет на общую генерацию массива солнечных панелей и уступает методу очистки, при котором все панели очищаются одновременно в максимально короткий срок после возникновения загрязнений.

В качестве аналогов изобретения также выступают роботы для очистки солнечных панелей Ecoppia https://www.ecoppia.com/ и Airtouch https://airtouchsolar.com/, которые представляют собой роботизированные решения для уборки. Робот H4 от Ecoppia содержит гибкую раму, имеет адаптивность к скорости, обеспечивает двунаправленную очистку как с фиксированным наклоном, так и с одноосным трекером.

Airtouch 3.0 - роботизированная безводная система очистки солнечных панелей. Система очистки содержит гибкие перемычки, которые обеспечивают быструю и плавную установку даже в неровных рядах, коротких рядах, изогнутых рядах и т.д. Стеклоочистители из микрофибры обеспечивают контактное удаление загрязнений.

Данная система является подвидом патента на полезную модель №215592, описанного выше, и обладает всеми соответствующими недостатками.

Известно устройство для очистки солнечных панелей (патент на изобретение ЕР 2386364, кл. МПК A46B 11/06, B08B 1/04, F24J 2/46, H02S 40/10 и др., опубл. 25.01.2017), содержащее чистящий валик - электродвигатель, установленный с возможностью вращения на держателе и снабженный поворотными приводами. Поворотные приводы выполнены в виде гидроприводов, в которых поток очищающей жидкости, т.е. воды, подаваемой к валку с целью очистки, преобразуется в приводное движение валика. Поворотные приводы сконструированы по принципу гидропривода посудомоечной щетки и удерживают валик с обоих торцов аппарата. Каретка выполнена в виде вилки с зубьями, образованными поворотным приводом для удержания катка.

Недостатком данной системы является невозможность использования в зимнее время из-за низких температур и возможных оледенений линий подачи жидкости.

Известна система очистки (международная заявка РСТ WO 2022/259229, кл. МПК H02S 40/10, опубл. 15.12.2022) для очистки по меньшей мере одной солнечной панели, соединенной наклонно с опорной конструкцией, при этом система очистки содержит по меньшей мере одну щетку, направляющий и приводной элементы, выполненные с возможностью поддержки и направления по меньшей мере одной щетки вдоль направления продвижения, и соединительных элементов, выполненных с возможностью съемного подключения системы очистки к солнечной панели. При этом направляющие и приводные элементы содержат ползунки, скользящие по соответствующим линейным направляющим и выполненные с возможностью поддержки по меньшей мере одной щетки, приводное устройство, выполненное с возможностью вращения по меньшей мере одной щетки вокруг оси вращения вслед за перемещением ползунков по линейным направляющим.

Данное устройство обладает электроникой, перемещаемой вместе с устройством в процессе очистки, что подвергает её вибрациям и агрессивным условиям внешней среды и значительно снижает общий эксплуатационный ресурс. Недостатком данного метода также является необходимость установки отдельной системы очистки на одной панели или относительно небольшой группе панелей, что значительно снижает общую надежность и повышает трудоемкость и себестоимость использования данного метода в промышленных масштабах.

Известен метод очистки солнечных панелей (международная заявка РСТ WO 2022/055768, кл. МПК B08B 6/00, B08B 7/02, F24S 40/20, H02S 40/10, H02S 40/12, опубл. 17.03.2022), когда на солнечных панелях скапливается снег, лед или пыль, чтобы уменьшить или исключить выходную электрическую мощность солнечных панелей. Способ очистки включает выбор конкретных мест очистки на основе массива солнечных панелей, основываясь, прежде всего, на зависимости от местоположения препятствия и различий в размерах препятствия. Способ очистки также включает в себя поэтапный и последовательный выбор мест очистки и поэтапную и последовательную активацию чистящих устройств внутри выбранных мест очистки. Дополнительные группы постепенно и последовательно активируемых очистительных устройств могут получать питание, полностью или частично, от предыдущих солнечных панелей, которые были очищены.

Недостатком данного способа является последовательное включение чистящих устройств, что приводит к промежутку времени, когда часть панелей не очищается, и, соответственно не обеспечивает полной генерации. Это негативно влияет на общую генерацию массива солнечных панелей и уступает методу очистки, при котором все панели очищаются одновременно в максимально короткий срок после возникновения загрязнений.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, заключается в повышении надежности оборудования и срока эксплуатации, повышении мощности очистки, расширении функциональных возможностей и диапазона использования. Заявленный способ и конструктивная реализация системы очистки позволяют преодолевать значительные промежутки и перегибы в ряде установленных панелей, а также работать в экстремальных диапазонах температур и погодных условий.

Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки солнечных панелей характеризуется тем, что вращающееся чистящее устройство перемещается вдоль рядов солнечных панелей за счет натяжения тросов, натянутых вдоль рядов солнечных панелей.

Указанный технический результат также достигается тем, что линейная тросовая система очистки солнечных панелей включает блок управления и модуль очистки; блок управления содержит компьютер с предустановленным проприетарным программным обеспечением и модуль беспроводной связи; модуль очистки установлен на ряд солнечных панелей, подключен к источнику питания и содержит стартовый и приемный столы, чистящее устройство с кареткой и приводом вращения, тросовую систему с системой натяжения; причем стартовый стол состоит из рамы электродвигателя, рамы крепления привода, двух приводных роликов, направляющих и подкосов; приемный стол состоит из рамы крепления привода, двух направляющих роликов, направляющих и подкосов, причем направляющие стартового и приемного столов крепятся к поперечной балке, а подкосы крепятся к опорным столбам солнечной панели; тросовая система содержит силовой вал, подсоединенный к электродвигателю, а также к направляющим роликам, установленным на краях приемного стола, через ролики пропущены два троса, по одному с верхнего и нижнего краев солнечной панели, так, чтобы между тросом и поверхностью солнечной панелью был зазор, причем натяжение тросов обеспечивают трещоточные механизмы, размещенные на блоке шкивов привода вращения чистящего устройства.

Зазор между тросом и поверхностью солнечной панелью может составлять 50-90 мм.

В качестве троса может быть использован 12-прядный трос из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с центральным сердечником из того же материала.

Длина чистящего устройства может превышать высоту солнечной панели.

Для очистки рядов солнечных панелей с перепадом высот более 40 мм по вертикали и/или смещением панелей по горизонтали более 20 мм система очистки может дополнительно содержать рамную эстакаду.

В качестве чистящего устройства может быть использована роторная щетка, щетина которой может быть выполнена из нейлоновых нитей диаметром 0,2 мм и длиной 80 мм. В качестве чистящего устройства также может быть использован тканевый валик.

Для очистки рядов солнечных панелей длиной более 20 м система очистки может дополнительно содержать уловители троса. Уловители троса могут быть выполнены в виде круглой трубы, прикрепленной к поперечным балкам рамы солнечной панели.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен общий вид модуля очистки линейной тросовой системы.

На фиг. 2-4 представлены фото опытного образца модуля очистки и его отдельных элементов на испытательной солнечной мини электростанции.

На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - чистящее устройство с кареткой и приводом вращения, 2 - трос, 3 -приводные ролики, 4 - силовой вал, 5 - электродвигатель, 6 - приемный стол, 7 - стартовый стол, 8 - направляющие ролики.

Осуществление изобретения

Линейная тросовая система для очистки солнечных панелей является стационарной системой горизонтальной очистки и представляет собой аппаратно-программный комплекс для комплексной очистки солнечных панелей (фотоэлектрических модулей - ФЭМ) промышленных солнечных электростанций от любых типов загрязнений. Система предназначена для установки и эксплуатации на рядах длиной до 300 метров. Система потребляет до 800 Вт мощности и предназначена для эксплуатации в широком температурном диапазоне от -40 °С до +60 °С.

Способ очистки солнечных панелей характеризуется тем, что вращающееся чистящее устройство перемещается вдоль рядов солнечных панелей за счет натяжения тросов, натянутых вдоль рядов солнечных панелей. Отличием является то, что модуль очистки, перемещаемый вдоль рядов солнечных панелей, не имеет собственного электрического привода. Для подведения электропитания используется электрический кабель, который стационарно проложен по конструкции солнечной панели. Работа модуля очистки обеспечивается за счет механической энергии, преобразуемой самим модулем из натяжения тросов и / или движения модуля относительно троса и панелей.

Линейная тросовая система очистки солнечных панелей включает блок управления и модуль очистки (см. фиг. 1).

Блок управления содержит компьютер с предустановленным проприетарным программным обеспечением и модуль беспроводной связи, работающий, например, по технологии LoRa.

Модуль очистки установлен на ряд солнечных панелей, подключен к источнику питания 220 В, управляется с помощью беспроводной связи и содержит стартовый 7 и приемный 6 столы, чистящее устройство 1 (на фиг. изображена роторная щетка) с кареткой и приводом вращения, тросовую систему с системой натяжения.

Стартовый стол 7 состоит из рамы электродвигателя 5, рамы крепления привода, двух приводных роликов 3, направляющих и подкосов. Стартовый стол 7 представляет собой конструкцию из анодированного алюминиевого профиля. Подкосы крепятся к опорным столбам с помощью хомутов, а направляющие крепятся к поперечной балке через закладные гайки.

В качестве электродвигателя 5 может быть использован асинхронный трехфазный электродвигатель номинальной мощностью 0,75 кВт (1390 об/мин) короткозамкнутый ротор, с привязкой мощности к габаритным размерам по ГОСТ, предназначен для подключения к однофазной сети переменного тока напряжением 230 В, 50 Гц. Имеет степень защиты IP55 и выполнен в климатическом исполнении и категории размещения УХЛ1 по ГОСТ 15150. Червячный редуктор рассчитан на длительную работу до 24 часов в сутки или с периодическими остановками; работу в непрерывном и повторно-кратковременном режимах, при вращении валов в любую сторону и в различных пространственных положениях. Червячный мотор-редуктор производится по технологии литья под давлением. Корпус редуктора изготавливается из сплава алюминия, обеспечивающих высокую надежность в эксплуатации. В редукторе используется масло ТСП-10 с рабочим диапазоном температур эксплуатации до -40 °С. Технические характеристики: напряжение питания: 230 В (однофазное); номинальное электропотребление: 0,8 кВт; пиковое электропотребление (не более 3 сек): 2 кВт; максимальный крутящий момент на валу редуктора: 80 Н/м.

Приемный стол 6 состоит из рамы крепления привода, двух направляющих роликов 8, направляющих и подкосов. Конструкция приемного стола 6 аналогична стартовому столу 7 по материалам и способу крепления, за исключением размещения приводных узлов.

Направляющие стартового 7 и приемного 6 столов крепятся к поперечной балке, а подкосы крепятся к опорным столбам солнечной панели.

Тросовая система содержит силовой вал 4, подсоединенный к электродвигателю 5, а также к направляющим роликам 8, установленным на краях приемного стола 6. Данное конструктивное решение позволяет независимо передавать усилия на разные части конструкции, тем самым обеспечивая необходимые углы поворота системы для проходов перепадов высот и взаимного смещений солнечных панелей. Через ролики 3, 8 пропущены два троса 2, по одному с верхнего и нижнего краев солнечной панели, так, чтобы между тросом 2 и поверхностью солнечной панелью был зазор. Зазор между тросом и поверхностью солнечной панелью может составлять 50-90 мм, оптимально 70 мм.

Натяжение тросов 2 обеспечивают трещоточные механизмы, размещенные на блоке шкивов привода вращения чистящего устройства.

В качестве троса 2 может быть использован 12-прядный трос из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с центральным сердечником из того же материала. Тросы 2 имеют длину, равную длине ряда солнечных панелей. Внешняя оплетка троса 2 выполнена контрастным цветом по отношению к центральному сердечнику для визуальной диагностики повреждений. Покрытие троса - многокомпонентный, стойкий к истиранию полиуретан, предотвращающий образование водяной пленки и налипание снега и льда. Технические характеристики:

- большая удельная прочность, масса в 10 раз меньше при равных прочностных характеристиках со стальным тросом;

- низкая растяжимость, 0,5-1% растяжения при 50% от разрывной нагрузки;

- износостойкость, устойчивость к истиранию, специальное защитное покрытие;

- устойчивость к ультрафиолетовому излучению;

- не поддается гниению, стойкость к кислотам и щелочам;

- диэлектрический материал;

- легкость заплетения и сращивания в полевых условиях;

- разрывная нагрузка до 160 кг при диаметре 3 мм;

- диапазон рабочих температур от -150 °С до +105 °С.

Длина чистящего устройства 1 превышает высоту солнечной панели. В качестве чистящего устройства может быть использована роторная щетка, щетина которой выполнена из нейлоновых нитей диаметром 0,2 мм и длиной 80 мм. При необходимости очистки солнечных модулей от песка, в качестве чистящего устройства может быть также использован тканевый валик.

Возможно использование электроники на чистящем устройстве для вспомогательных функций, таких как (не исключая прочих): обогрев для избежания наледи и налипания снега, камеры и датчики для мониторинга качества очистки и состояния панелей, пневмосистемы для обдува зоны очистки и т.д.

Конструкция модуля очистки предназначена для преодоления без потери качества очистки максимального перепада высот между столами до 40 мм, смещения панелей по горизонтальной плоскости - до 20 мм.

Перепады, превышающие указанные значения требуют регулировки установки панелей по высоте. При невозможности регулировки возможна установка дополнительной системы очистки или изготовление конструкций перехода для модуля очистки.

Для очистки рядов солнечных панелей с перепадом высот более 40 мм по вертикали и/или смещением панелей по горизонтали более 20 мм, система очистки дополнительно может содержать рамную эстакаду. Рамная эстакада изготавливается из алюминиевого профиля и жестко крепится на раму стола солнечной панели.

Недостатком данного решения является конструктивная необходимость оставить неочищенными от 3 до 4 панелей.

Для очистки рядов солнечных панелей длиной более 20 м система очистки дополнительно содержит уловители троса, которые предотвращают провисание и истирание троса о грани.

Уловители троса выполнены в виде круглой трубы, прикрепленной к поперечным балкам рамы солнечной панели через закладные балки, установленные через каждые 30-40 метров.

Передвижение модуля очистки по поверхности столов осуществляется при помощи каретки со специальными колесами и роликами, изготовленными из алюминиевого сплава, и гуммированными резиной с диапазоном рабочих температур от -40 °С до +60 °С. Твёрдость резинотехнической смеси ИРП-1266 составляет 65 единиц по Шору А, что обеспечивает оптимальные технические характеристики для данной задачи, и гарантирует отсутствие повреждений поверхностей солнечных панелей в процессе эксплуатации.

Общая конструкция чистящего модуля предусматривает касание солнечной панели только колесами и щетиной (или тканью) чистящего устройства.

Общий вес модуля составляет около 65 кг. Распределенная нагрузка с учетом общей площади касания как колес (роликов), так и чистящего устройства дает равномерность нагрузки на солнечную панель. Что обеспечивает достаточную нагрузку для качественной очистки поверхности солнечной панели без ее повреждения. Длина чистящего модуля и чистящего устройства (щетки или тканевого валика) выбирается исходя из габаритов столов ФЭМ, на которые она установлена и может быть изменена исходя из габаритов панелей используемых на СЭС. Длина чистящего устройства превышает размеры ФЭМ и обеспечивает очистку всей его поверхности.

Наименование СЭС Тип ФЭМ Размеры ФЭМ, мм Габариты чистящего модуля ШхВхД, мм Масса чистящего модуля, кг Исянгуловская СЭС AST - 245Multi 1640×992×40 3680×1800×400 70 В. Бурзянская СЭС AST-330HV 1957×992×40 4350×1800×400 73 Н. Бурзянская СЭС AST - 235Multi 1640×992×40 3680×1800×400 70

Блок управления состоит из следующих компонентов: сервер, шкаф управления модуля очистки, мобильный терминал для настройки и тестирования.

В качестве сервера используется персональный компьютер (далее ПК), на котором установлено программное обеспечение (далее ПО) для мониторинга состояния, настройки рабочих параметров и группового управления очистительной системой. Управление модулями очистки производится по радиоканалу типа LoRaWAN RU (частотный план RU868) в соответствии со стандартом ПНСТ 516-2021. Для передачи команд через интерфейс Ethernet IP к ПК подключается базовая станция (далее БС) в исполнении IP 67.

Мобильный терминал (далее МТ) представляет собой планшетный компьютер в защищенном исполнении, на котором установлено ПО для ручного управления одиночным модулем в сервисном режиме при вводе модуля очистки в эксплуатацию или при изменении настроек. С помощью МТ конфигурируется идентификатор каждого модуля, настраиваются скорости движения на различных участках ряда панелей, параметры преодоления разрывов между столами. Также с помощью МТ производится проверка правильности параметров управления движением модуля очистки. Подключение МТ к шкафу управления модуля очистки производится по радиоканалу LoRaWAN.

Программная часть пульта управления представляет собой ПО, написанное под ОС Windows 7-11.

Данная программа управления в основном носит характер информационной системы, практически все настройки по функционированию отдельных модулей, а также настройки модулей связи происходят на аппаратном уровне и не доступны пользователю.

Шкаф системы управления модулем очистки представляет собой теплоизолированный корпус в исполнении IP 65 с системой управления климатом, в котором размещено оборудование для управления электромотором привода перемещения модуля очистки.

Для плавного старта и останова движения модуля очистки, а также для управления скоростью движения при прохождении разрывов и «ступенек» между столами применяется однофазный преобразователь частоты (ПЧ) мощностью 0,75 кВт. На входе ПЧ установлен фильтр электромагнитных помех для снижения эмиссии электромагнитных помех в питающую сеть. Ввод питания защищен УЗИП класс 2 In (8/20) = 20 кА.

Управление системой производится по радиоканалу. При отсутствии или перебоях входящих команд в системе управления предусмотрены алгоритмы безопасного завершения работы и парковки. Текущее положение модуля отслеживается по концевому выключателю парковки и энкодеру, установленному на приводном валу. В контроллере входы энкодера и концевого выключателя защищены УЗИП и гальванически развязаны.

Система поддержания температуры внутри шкафа работает независимо от контроллера управления и входящих команд. Предусмотрена система защиты. При сбоях система автоматически блокируется с отправкой уведомления на сервер оператору.

Преимуществом разработанного способа и системы очистки является отсутствие приводных электромеханических узлов на движущейся части устройства. Также модуль очистки, перемещаемый вдоль рядов солнечных панелей, не имеет собственного электрического привода и перемещается за счёт натяжения ведущих тросов/кабелей, натянутых вдоль рядов панелей. Таким образом, очистка происходит за счёт преобразования механической энергии от движения под действием тросов.

Данное отличие позволяет:

- Значительно повысить надежность оборудования и срок эксплуатации за счёт отказа от использования аккумуляторов и солнечных батарей на самом чистящем модуле, а также за счёт стационарного крепления основного привода и возможности использовать общепромышленные компоненты повышенной надежности.

- Снизить себестоимость самого оборудования и поддержания его работоспособности на длительных периодах эксплуатации.

- Значительно повысить мощность очистки, что позволит очищать даже толстый слой снегового и песчаного загрязнения.

- Преодолевать значительные промежутки и перегибы в ряде установленных панелей.

- Работать в экстремальных диапазонах температур и погодных условий.

Пример реализации.

Было изготовлено (см. фото на фиг. 2-4) несколько опытных образцов линейной тросовой системы для очистки солнечных панелей, а также предсерийный прототип, которые были опробованы на испытательной солнечной мини электростанции. Опытные образцы системы в процессе эксплуатации показали высокую надежность и качество очистки, в том числе, позволяли преодолеть промежутки и перегибы в ряде установленных панелей, а также работать в экстремальных диапазонах температур и погодных условий.

Сопоставительный анализ заявленного способа и конструкции системы очистки показывает, что совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники и, значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».

В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного техническое решения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведённые сведения подтверждают возможность применения заявленного способа и системы для автоматизированного обслуживания солнечных электростанций, для уборки снега и загрязнений с фронтальной части солнечных модулей, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к системам для очистки солнечных панелей. Линейная тросовая система очистки солнечных панелей включает блок управления и модуль очистки. Блок управления содержит компьютер с предустановленным проприетарным программным обеспечением и модуль беспроводной связи. Модуль очистки установлен на ряд солнечных панелей, подключен к источнику питания и содержит стартовый и приемный столы, чистящее устройство с кареткой и приводом вращения, тросовую систему с системой натяжения. Стартовый стол состоит из рамы электродвигателя, рамы крепления привода, двух приводных роликов, направляющих и подкосов. Приемный стол состоит из рамы крепления привода, двух направляющих роликов, направляющих и подкосов. Направляющие стартового и приемного столов крепятся к поперечной балке, а подкосы крепятся к опорным столбам солнечной панели. Тросовая система содержит силовой вал, подсоединенный к электродвигателю, а также к направляющим роликам, установленным на краях приемного стола, через ролики пропущены два троса, по одному с верхнего и нижнего краев солнечной панели, так, чтобы между тросом и поверхностью солнечной панели был зазор. Натяжение тросов обеспечивают трещоточные механизмы, размещенные на блоке шкивов привода вращения чистящего устройства. Технический результат заключается в повышении надежности оборудования и срока эксплуатации, повышении мощности очистки, расширении функциональных возможностей и диапазона использования. Заявленная система позволяет преодолевать значительные промежутки и перегибы в ряде установленных панелей, а также работать в экстремальных диапазонах температур и погодных условий. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Линейная тросовая система очистки солнечных панелей, включающая блок управления и модуль очистки; блок управления содержит компьютер с предустановленным проприетарным программным обеспечением и модуль беспроводной связи; модуль очистки установлен на ряд солнечных панелей, подключен к источнику питания и содержит стартовый и приемный столы, чистящее устройство с кареткой и приводом вращения, тросовую систему с системой натяжения; причем стартовый стол состоит из рамы электродвигателя, рамы крепления привода, двух приводных роликов, направляющих и подкосов; приемный стол состоит из рамы крепления привода, двух направляющих роликов, направляющих и подкосов, причем направляющие стартового и приемного столов крепятся к поперечной балке, а подкосы крепятся к опорным столбам солнечной панели; тросовая система содержит силовой вал, подсоединенный к электродвигателю, а также к направляющим роликам, установленным на краях приемного стола, через ролики пропущены два троса, по одному с верхнего и нижнего краев солнечной панели, так, чтобы между тросом и поверхностью солнечной панели был зазор, причем натяжение тросов обеспечивают трещоточные механизмы, размещенные на блоке шкивов привода вращения чистящего устройства.

2. Линейная система по п. 1, отличающаяся тем, что зазор между тросом и поверхностью солнечной панели составляет 50-90 мм.

3. Линейная система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве троса используют 12-прядный трос из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с центральным сердечником из того же материала.

4. Линейная система по п. 1, отличающаяся тем, что длина чистящего устройства превышает высоту солнечной панели.

5. Линейная система по п. 1, отличающаяся тем, что для очистки рядов солнечных панелей с перепадом высот более 40 мм по вертикали и/или смещением панелей по горизонтали более 20 мм система очистки дополнительно содержит рамную эстакаду.

6. Линейная система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве чистящего устройства используют роторную щетку, выполненную из нейлоновых нитей диаметром 0,2 мм и длиной 80 мм.

7. Линейная система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве чистящего устройства используют тканевый валик.

8. Линейная система по п. 1, отличающаяся тем, что для очистки рядов солнечных панелей длиной более 20 м система очистки дополнительно содержит уловители троса.

9. Линейная система по п. 8, отличающаяся тем, что уловители троса выполнены в виде круглой трубы, прикрепленной к поперечным балкам рамы солнечной панели.