JP6318675B2 - ソーラーパネル清掃装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソーラーパネルの受光面を清掃するソーラーパネル清掃装置に関する。

近年、再生可能エネルギを利用する発電システムの１つとして、太陽光エネルギを利用するソーラーシステムの普及が進んでいる。ソーラーシステムはソーラーパネルの受光面を太陽に向けて屋外に設置するものであり、工場、ビル、一般家屋等の屋根や屋上を有効活用して、ソーラーパネルを設置できる利点もある。ソーラーパネルは受光面を太陽の照る方向（日本では南方）へ傾斜させて設置されることが多い。

ソーラーパネルは、光起電力効果によって太陽光を即時に電力に変換する太陽電池を組み込んだ複数のセルをパネル状に組み立てたものであり、一般的なソーラーシステムでは複数のパネルユニットを縦横に並べて接続したアレイとして用いられる。大規模なメガソーラーシステムでは、パネルユニットを接続したアレイの全長が数１００ｍに達するものもある。通常、ソーラーパネルの受光面は青黒系の色とされ、セルの境目やセルとセルを結合するリード線が銀白色系の線で縦横の格子状に見えるようになっている。また、パネルユニットを配列したソーラーパネル全体の受光面には、各パネルユニット外周のフレームも銀白色系の線で縦横方向に見える。

ソーラーパネルは屋外に設置されるので、大気や雨水に含まれる塵埃や、鳥の糞、枯葉等の異物が受光面に付着する。このため、これらの受光面に付着した異物によって太陽光が遮断され、発電効率が低下することが、ソーラーシステムの大きな問題となっている。この発電効率の低下を防止するためには、ソーラーパネルの受光面を適宜清掃して、付着した異物を除去すればよいが、ソーラーパネルは屋根や屋上等の高所に設置されることが多いので、安全性等の面から人手による清掃は困難である。また、広大な受光面を有するメガソーラーシステムでは、人手による清掃は多大な手間を必要とする。

このようなソーラーパネルの清掃の問題に対して、ソーラーパネルの受光面上に、ブラシ等の清掃手段を搭載した本体を配置し、この本体を受光面上で所定の清掃ラインに沿って移動させながら清掃手段で受光面を清掃するソーラーパネル清掃装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載されたソーラーパネル清掃装置では、受光面が傾斜するソーラーパネルの上端と下端で水平方向の長手方向に延びる載架レールと、受光面の傾斜方向の上下縦軸方向に延びる上下移動用レールとを設け、清掃手段を搭載した本体を上下移動用レールで傾斜方向の清掃ラインに沿って走行させながら清掃し、上下端の載架レールで傾斜方向と直交方向に次の清掃ラインの位置へ移動させて、ソーラーパネルの受光面全域を清掃するようにしている。

特許文献１に記載されたソーラーパネル清掃装置は、本体を載架レールと上下移動用レールで案内するので、本体を複数の清掃ラインに沿って案内走行させ、受光面全域を残さず清掃することができるが、載架レールや上下移動用レールを敷設するために設置費用が高価になるとともに、屋根等に必要以上の重量が加わる難点がある。

特許文献２に記載されたソーラーパネル清掃装置では、清掃手段を搭載した本体に、ソーラーパネルの受光面上で自律走行する自走手段と、ソーラーパネルの大きさや形状を認識する認識手段と、自走手段等を駆動する電源装置とを設け、認識手段の出力に基づいて本体が受光面を所定の清掃ラインに沿って走行するように制御している。自走手段としてはロボット歩行を採用し、認識手段としては超音波センサを用いている。

特開２００２−２７３３５１号公報 特開２０１０−１８６８１９号公報

特許文献２に記載されたソーラーパネル清掃装置は、本体を自律走行させるので案内用のレール等を設置する必要はないが、本体の自走方向が所定の清掃ラインからずれることがあり、未清掃の領域が残りやすい問題がある。特に、清掃ラインを受光面の傾斜方向と直角方向に設定した場合は、重力加速度によって本体の走行方向が清掃ラインから傾斜方向の下方側へずれやすくなる。

このような問題に対して、本発明者らは、少なくとも一方向に延びる直線が観察されるソーラーパネルの受光面に配置される本体と、本体を受光面上で自律走行させる自走手段と、本体に搭載され、受光面を清掃する清掃手段とを備え、本体を所定の清掃ラインに沿って走行させるソーラーパネル清掃装置において、清掃ラインを受光面で観察される直線と平行方向または直角方向に設定し、走行する本体前方の受光面を撮影する撮影手段と、撮影手段で撮影された撮影画像から前記直線を抽出線として抽出し、この抽出線の傾きを検出する画像処理手段と、自走手段による本体の走行方向を操舵する操舵手段とを設け、画像処理手段で検出される抽出線の傾きの変化に基づいて、本体を清掃ラインに戻すように操舵手段を制御する先願（特願２０１４−９３９１）を提案している。

一方、ソーラーパネルの受光面に付着する異物は、風に乗って飛来することが多い砂塵等の細かい塵埃であることが頻繁にある。このような傾向は、日本では黄砂が飛来する季節に特に顕著である。このような細かい塵埃は、ソーラーパネルの受光面へ薄い膜状に付着し、上述したパネルユニットの外周やセルの境目等の直線が隠れて、これらの直線を撮影手段で検出できなくなる問題がある。このように直線を撮影手段で検出できないと、上述した先願のように、撮影手段で撮影される受光面に検出される直線に基づいて、本体を自律走行させるソーラーパネル清掃装置では、本体を所定の方向へ自律走行させることができなくなる。

そこで、本発明の課題は、ソーラーパネルの受光面に延びる直線が膜状に付着した塵埃で隠れても、隠れた直線を検出できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、少なくとも一方向に延びる直線が観察されるソーラーパネルの受光面に配置される本体と、前記本体を前記受光面上で自律走行させる自走手段と、前記本体に搭載され、前記受光面を清掃する清掃手段と、前記本体前方の受光面を撮影する撮影手段とを備え、前記撮影手段で撮影される受光面に検出される前記直線に基づいて、前記本体を自律走行させるソーラーパネル清掃装置において、前記撮影手段で撮影される受光面に前記直線が検出されないときに、前記本体前方の受光面に散水する散水手段を設けた構成を採用した。

本発明者らは、ソーラーパネルの受光面に延びるパネルユニットの外周やセルの境目等の直線が、受光面に膜状に付着する砂塵等の細かい塵埃によって隠れる上記問題を検討する中で、後の図４の写真に示すように、砂塵が膜状に付着した受光面に散水すると、散水前に隠れていた直線が散水後に浮かび上がって見えることを知見した。この理由は明らかではないが、隠れた直線が浮かび上がって見えるときは、受光面に付着した砂塵が散水の水面にほぼ没した状態であったことから、受光面における砂塵の凹凸による乱反射がなくなり、隠れていた直線が浮かび上がって見えたものと推定される。

このような知見に基づいて、上記構成を採用することにより、ソーラーパネルの受光面に延びる直線が膜状に付着した砂塵等の細かい塵埃で隠れても、隠れた直線を散水後に浮かび上がらせて検出できるようにした。

前記受光面に前記直線が検出されないときに、前記受光面に塵埃が膜状に付着しており、前記散水手段で散水する散水量を、前記受光面に付着する塵埃が前記散水の水面に没する程度とすることにより、散水量を少なく節約することができる。

本発明に係るソーラーパネル清掃装置は、少なくとも一方向に延びる直線が観察されるソーラーパネルの受光面に配置される本体と、本体を受光面上で自律走行させる自走手段と、本体に搭載され、受光面を清掃する清掃手段と、本体前方の受光面を撮影する撮影手段とを備え、撮影手段で撮影される受光面に検出される直線に基づいて、本体を自律走行させるソーラーパネル清掃装置において、撮影手段で撮影される受光面に直線が検出されないときに、本体前方の受光面に散水する散水手段を設けたので、ソーラーパネルの受光面に延びる直線が膜状に付着した塵埃で隠れても、隠れた直線を撮影手段で検出可能として、本体を所定の方向へ自律走行させることができる。

（ａ）は本発明に係るソーラーパネル清掃装置の本体を示す外観斜視図、（ｂ）は（ａ）の側面図 ソーラーパネルの受光面の例を示す平面図 （ａ）、（ｂ）は、それぞれカメラで撮影される本体前方の受光面の撮影画像の例を説明する模式図 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ砂塵が付着した受光面を散水前と散水後にカメラで撮影した写真

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るソーラーパネル清掃装置の本体１を示す。この本体１は、後述するソーラーパネルの受光面２１を自律走行する自走手段として左右一対のクローラ２を備え、清掃手段として、受光面２１をブラッシングする回転ブラシ３とブラッシングされた受光面２１をワイピングするワイパ４を備えている。また、本体１の前面側中央には前方の受光面２１を撮影する撮影手段としてのカメラ５が斜め下向きに取り付けられ、カメラ５の左右両側には、散水手段として、水タンク６ａの水を前方の受光面２１に散水するノズル６ｂが斜め下向きに取り付けられている。この実施形態では、水タンク６ａの水は、回転ブラシ３でブラッシングされる前の受光面２１の洗浄液としても用いられ、適宜の時間間隔で間欠的に散水される。

前記本体１には、自走手段と清掃手段を駆動するバッテリ７と、後述するように、カメラ５の撮影画像３１を画像処理する画像処理装置８と、画像処理装置８の検出結果に基づいて、自走手段、清掃手段および散水手段の作動を制御するコントローラ９も搭載されている。

図２は、ソーラーパネルの受光面２１の例を示す。この受光面２１は、多数のパネルユニット２２を縦横に並べて配列したメガソーラシステムのもので一方向に傾斜しており、この受光面２１の傾斜方向と直交方向でのパネル全長は数１００ｍに達する。青黒系の色とされた受光面２１には、パネルユニット２２の外周２２ａと、各パネルユニット２２のセルの境目２２ｂが銀白色系の直線として、縦横方向に延びるように観察される。図示は省略するが、セルとセルを結合するリード線も直線として観察される。

前記受光面２１での本体１のスタート地点は傾斜上端側の左端とされ、本体１が走行しながら清掃する複数の清掃ライン１０が受光面２１の傾斜方向と直角方向に設定されている。本体１はスタート地点から右方へ最初の清掃ライン１０を走行したのち、受光面２１の右側の境界２１ａの直前で傾斜方向を下る方向へ直角に旋回して、下側の次の清掃ライン１０の位置まで移動し、さらに左方向へ直角に旋回して、次の清掃ライン１０の方向を向き、次の清掃ライン１０を左方へ走行する。本体１の旋回を行う際には、左右のクローラ２を逆駆動または片側駆動させて本体１の向きを転換する。このような方向転換を受光面２１の左右両側の境界２１ａで行い、順次下側の清掃ライン１０を走行して、受光面２１の全域を清掃する。

図３（ａ）、（ｂ）は、前記本体１のカメラ５で撮影される撮影画像３１の例を示す。図３（ａ）の撮影画像３１は、本体１が清掃ライン１０と平行方向に延びるパネルユニット２２の外周２２ａまたはセルの境目２２ｂの直線上を走行し、カメラ５がこの直線上に位置するときに撮影されるものであり、中央にこの外周２２ａまたは境目２２ｂが縦向きの垂直な直線３２として表われ、その両側の清掃ライン１０と平行方向の外周２２ａまたは境目２２ｂが内向きに傾斜した直線３２として表われる。また、清掃ライン１０と直角方向の外周２２ａまたは境目２２ｂは、上方へ凹に湾曲した横向きの曲線３３として表われる。

図３（ｂ）の撮影画像３１は、本体１が清掃ライン１０と平行方向に延びる２本の外周２２ａまたは境目２２ｂの間を走行し、カメラ５がこれらの直線間に位置するときに撮影されるものであり、これらの２本の外周２２ａまたは境目２２ｂが内向きに傾斜した縦向きの直線３２として表われるとともに、清掃ライン１０と直角方向の外周２２ａまたは境目２２ｂが、上方へ凹に湾曲した横向きの曲線３３として表われる。

図３（ａ）、（ｂ）の各撮影画像３１は、分かりやすくするために、直線３２と曲線３３の本数を減らすとともに、曲線３３の彎曲度合いを強調して模式的に示した模式図である。実際の撮影画像３１は、もっと多くの直線３２や曲線３３が検出されるとともに、曲線３３の彎曲度合いはわずかなものとなる。なお、実際の撮影画像３１は、画像処理装置８によって２値化処理されるとともに太陽光の反射等によるノイズを除去され、各直線３２と曲線３３は、黒色の撮影画像３１中に白色の線として表われる。

前記コントローラ９は、上述した撮影画像３１中に検出される直線３２や曲線３３の１本を抽出線として抽出し、この抽出線の傾きの変化に基づいて、走行する本体１を清掃ライン１０に戻すように左右のクローラ２を操舵手段として制御する。また、本体１を旋回させて次の清掃ライン１０に移動させるときも、次の清掃ライン１０に移動させたときの抽出線の傾きに基づいて、クローラ２による旋回角度を補正し、本体１を次の清掃ライン１０の方向に向けるように制御する。これらの操舵または旋回のいずれを制御する場合も、清掃ライン１０と平行方向に延びるパネルユニット２２の外周２２ａやセルの境目２２ｂ等の直線を抽出線とするときは、撮影画像３１の上下方向に延びる直線３２の上下の傾きを検出し、清掃ライン１０と直角方向に延びる直線を抽出線とするときは、撮影画像３１の左右方向に延びる曲線３３の左右の傾きを検出する。

上述した図３（ａ）、（ｂ）の各撮影画像３１は、受光面２１に異物が付着していない場合のものであるが、ソーラーパネルの受光面２１には、砂塵等の細かい塵埃が薄い膜状に付着することが多い。図４（ａ）の写真は、砂塵が膜状に付着した受光面２１をカメラ５で撮影した撮影画像３１であり、外周２２ａや境目２２ｂ等の直線を撮影した抽出線となる直線３２や曲線３３が隠れてほとんど見えなくなっている。このように制御用の抽出線とする直線３２や曲線３３が隠れると、上述した本体１の走行制御を行うことができず、本体１を所定の方向へ自律走行させることができない。

図４（ｂ）の写真は、上述した砂塵が膜状に付着した受光面２１に散水手段のノズル６ｂから散水した後の受光面２１をカメラ５で撮影した撮影画像３１である。この散水後の図４（ｂ）の写真では、散水前の図４（ａ）の写真では隠れていた直線３２や曲線３３が、顕著に浮かび上がって見えることが分かる。また、この写真では、セルとセルを結合するリード線も浮かび上がって見える。

上述した直線３２や曲線３３が浮かび上がって見える理由は明らかではないが、散水後の受光面２１では、付着した砂塵が散水の水面にほぼ没した状態であったことから、受光面における砂塵の凹凸による乱反射がなくなり、散水前に隠れていた直線３２や曲線３３が浮かび上がって見えたものと思われる。

したがって、受光面２１に砂塵等の細かい塵埃が膜状に付着して、撮影画像３１から抽出線となる直線３２や曲線３３が検出できないときに、適宜ノズル６から本体１前方の受光面２１に散水することにより、隠れていた直線３２や曲線３３を浮かび上がらせてカメラ５で検出可能とし、上述した本体１の走行制御を行うことができる。

前記散水手段による散水は、受光面２１に付着した塵埃を除去するためのものではなく、塵埃が散水の水面にほぼ没すればよいので、ノズル６から水を噴出させるような高い水圧は必要とせず、ノズル６から水が吐出する程度の低い水圧でよい。なお、散水によって一部の塵埃が受光面２１の傾斜に沿って流れ落ちることもあるが、勿論この場合も直線３２や曲線３３は検出可能となるので問題ない。また、受光面２１のセルの境目２２ｂの縦横方向の間隔は１５ｃｍ程度であり、散水手段は本体１の前方３０ｃｍ程度までの領域に散水できるものであればよい。なお、清掃ライン１０と直角方向の曲線３３を抽出線とする場合は、散水して曲線３３が浮かび上がった前方の位置に応じて、本体１を前後へ少し移動させ、抽出線の傾きを検出するようにしてもよい。前後へ移動後に再度散水してもよい。

上述した実施形態では、散水手段を本体の前面側に設けたノズルとし、清掃用の洗浄液を散水するものとしたが、散水手段は本体前方の比較的狭い領域に低圧で散水できるものであればよく、例えば、本体の前方に突出または突出可能とした散水筒とし、この散水筒から水を落下させて散水するようにしてもよい。また、清掃用の洗浄液は別途の手段で散布するようにしてもよい。

上述した実施形態では、ソーラーパネルの受光面が一方向に傾斜したものとし、清掃ラインを受光面の傾斜方向と直交方向に設定したが、受光面は傾斜のないものであってもよく、清掃ラインも任意の方向に設定することができる。

上述した実施形態では、本体の自走手段をクローラ走行のものとしたが、自走手段はクローラ走行のものに限定されることはなく、タイヤ走行やロボット歩行等のものとすることもできる。

１ 本体
２ クローラ
３ 回転ブラシ
４ ワイパ
５ カメラ
６ａ 水タンク
６ｂ ノズル
７ バッテリ
８ 画像処理装置
９ コントローラ
１０ 清掃ライン
２１ 受光面
２１ａ 境界
２２ パネルユニット
２２ａ 外周
２２ｂ セルの境目
３１ 撮影画像
３２ 直線
３３ 曲線

Claims (2)

1. 少なくとも一方向に延びる直線が観察されるソーラーパネルの受光面に配置される本体と、
   前記本体を前記受光面上で自律走行させる自走手段と、
   前記本体に搭載され、前記受光面を清掃する清掃手段と、
   前記本体前方の受光面を撮影する撮影手段とを備え、
   前記撮影手段で撮影される受光面に検出される前記直線に基づいて、前記本体を自律走行させるソーラーパネル清掃装置において、
   前記撮影手段で撮影される受光面に前記直線が検出されないときに、前記本体前方の受光面に散水する散水手段を設けたことを特徴とするソーラーパネル清掃装置。
2. 前記受光面に塵埃が膜状に付着して前記受光面に前記直線が検出されないときに、前記散水手段で散水する散水量を、前記受光面に付着する塵埃が前記散水の水面に没する程度とした請求項１に記載のソーラーパネル清掃装置。