Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solar- oder Photovoltaikanlage.

Solche Anlagen weisen der Sonneneinstrahlung auszusetzende Oberflächen auf, die im Laufe der Zeit unweigerlich verschmutzen. Um einer Verringerung des Wirkungsgrads einer Anlage entgegenzuwirken, ist eine regelmäßige Reinigung der entsprechenden Oberflächen wichtig. Dies kann beispielsweise mit Handbürsten oder manuell geführten Maschinen erfolgen, was aber mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden ist.

Es besteht daher der Wunsch, das Reinigen von Solaranlagen und Photovoltaik- anlagen zu vereinfachen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Solar- oder Photovoltaikanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Eine erfindungsgemäße Solar- oder Photovoltaikanlage umfasst eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen einer Oberfläche der Solar- oder Photovoltaikanlage, wobei die zu reinigende Oberfläche gegenüber der Horizontalen gekippt oder kippbar ist. Erfindungsgemäß ist die Reinigungsvorrichtung dazu ausgebildet, zur Reinigung der Oberfläche einen Reinigungsvorgang durchzuführen, in welchem sich wenigstens ein Reinigungselement schwerkraftgetrieben über die gekippte Oberfläche abwärtsbewegt. Man lässt also ein Reinigungselement oder mehrere Reinigungselemente unter wenigstens zeitweiliger Nutzung der Schwerkraft sich von selbst über die gekippte Oberfläche bewegen, insbesondere rutschen und/oder rollen. Eine manuelle Führung einer Handbürste oder Reinigungsmaschine durch einen Bediener ist dann nicht erforderlich. Vielmehr kann die Reinigungsvorrichtung in die Anlage integriert und für eine selbsttätige Durchführung eines Reinigungsvorgangs ausgelegt sein. Der für die Reinigung erforderliche Arbeitsaufwand wird auf diese Weise beträchtlich verringert oder sogar vollständig vermieden. Zudem besteht die Möglichkeit der Automatisierung der Reinigung, welche eine dauerhaft hohe Effizienz der An- läge sicherstellt.

Vorzugsweise bewegt sich das Reinigungselement bei dem Reinigungsvorgang ausschließlich schwerkraftgetrieben über die gekippte Oberfläche abwärts. Es sind dann keinerlei Maßnahmen zum Antreiben des Reinigungselements erforderlich. Prinzipiell könnte die Schwerkraft jedoch auch nur unterstützend wirken, also beispielsweise lediglich die für ein Antreiben des Reinigungselements notwendige Energie reduzieren.

Bevorzugt ist es jedoch, dass das Reinigungselement ohne Eigenantrieb ausge- führt ist. Ein solches passives Reinigungselement ist besonders energiesparend und wartungsfreundlich.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Reinigungsvorrichtung einen Antrieb aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, das Reinigungselement je- weils für eine nachfolgende schwerkraftgetriebene Reinigungsbewegung aufwärts zu bewegen. Sobald das Reinigungselement mittels des Antriebs aufwärtsbewegt ist, beispielsweise bis zu einem oberen Endabschnitt der geneigten Oberfläche, steht es für eine erneute reinigende Abwärtsbewegung zur Verfügung. Der Rücktransport des Reinigungselements nach oben kann über die gekippte Oberfläche selbst oder außerhalb dieser Fläche in einer separaten Einrichtung erfolgen. Bei- spielsweise könnte der Antrieb einen Band- oder Kettenförderer umfassen, der neben der zu reinigenden Oberfläche angeordnet ist.

Das Reinigungselement kann bei dem Reinigungsvorgang frei über die gekippte Oberfläche gleiten oder sich abwälzen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion.

Falls eine exakt definierte Reinigungsbewegung gewünscht ist, kann das Reinigungselement jedoch auch durch eine Führung geführt sein.

Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Reinigungselement einen Reinigungsrollkörper wie zum Beispiel eine Reinigungswalze oder eine Reinigungskugel umfasst. Ein solcher Rollkörper bewegt sich auch bei geringfügig geneigten Oberflächen problemlos abwärts.

Es kann eine Führung für den Reinigungsrollkörper vorgesehen sein, welche dazu ausgebildet ist, der schwerkraftgetriebenen Abwärtsbewegung des Reinigungsrollkörpers einen Schlupf aufzuprägen. Die Führung kann also derart gestaltet sein, dass sie den Reinigungsrollkörper in eine Rotation versetzt, die gegenüber einer abwälzenden Rotation modifiziert ist. Der Reinigungsrollkörper kann dann eine kehrende oder fegende Wirkung ausüben, wodurch die Reinigungsleistung verbessert wird.

Insbesondere kann die Führung dazu ausgebildet sein, den Drehsinn des Reini- gungsrollkörpers bei der Abwärtsbewegung gegenüber einem freien Abrollen umzukehren. Schmutzpartikel werden bei dieser Ausgestaltung gewissermaßen nach unten geschleudert.

Die Führung kann ein Führungsseil umfassen, welches einen Seilführungsab- schnitt des Reinigungsrollkörpers wenigstens einmal umschlingt. Ein Führungsseil mit Umschlingung ermöglicht auf besonders einfache Weise die Erzeugung eines Schlupfes. Bei dem Seilführungsabschnitt kann es sich um eine Nabe oder Laufrolle handeln, die eine Nut für das Führungsseil aufweist und z. B. stirnseitig am Reinigungsrollkörper angeordnet ist.

Das Reinigungselement kann auch einen Reinigungsgleitkörper wie zum Beispiel einen Reinigungsblock oder eine Reinigungsscheibe umfassen. Ein solcher Reinigungsgleitkörper kann z.B. wie eine auf der Oberfläche aufliegende Bürste nach unten rutschen.

Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Reinigungsvorrichtung einen Satz von mehreren Reinigungselementen umfasst, die gleichzeitig über die gekippte Oberfläche bewegbar sind. Die Reinigungselemente selbst können dann eine vergleichsweise geringe Größe aufweisen, wobei dennoch für ein voll- ständiges Reinigen der Oberfläche gesorgt ist. Vorzugsweise sind wenigstens vier und besonders bevorzugt wenigstens sechs Reinigungselemente vorgesehen. Vorzugsweise sind die Reinigungselemente zumindest in einem Ausgangszustand nebeneinander angeordnet. Die Reinigungsvorrichtung kann auch eine Vielzahl von gleichartigen Reinigungselementen in Form von Schüttgut umfassen. Beispielsweise könnte die Reinigungsvorrichtung dazu ausgebildet sein, aus einem Behälter ein Reinigungsgranulat über der gekippten Oberfläche zu entlassen. Das Handhaben einzelner Reinigungskörper ist dann nicht erforderlich.

Um Verunreinigungen zuverlässig von der Oberfläche zu entfernen, kann das Reinigungselement einen Borstenbesatz und/oder einen Kletthakenbesatz aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich kann das Reinigungselement einen saugfähigen und/oder haftvermittelnden Oberflächenabschnitt aufweisen. Je nach Anwendung kann das Reinigungselement also gestaltet sein wie eine Bürste, ein Schwamm oder eine Fusselrolle.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Reini- gungsvorrichtung eine Auslösevorrichtung, welche eine schwerkraftgetriebene Bewegung des Reinigungselements über die gekippte Oberfläche wahlweise blockiert oder freigibt. Auf diese Weise ist eine exakte Steuerung der Anlagenreinigung möglich. Die Auslösevorrichtung kann über eine Signalleitung ansteuerbar sein, um so in Abhängigkeit von einem Reinigungskriterium ein Starten des Reini- gungsvorgangs herbeiführen zu können. Die Auslösevorrichtung kann jedoch auch so gestaltet sein, dass sie die Abwärtsbewegung des Reinigungselements in bestimmten Situationen ohne äußeres Steuersignal freigibt, beispielsweise sobald der Neigungswinkel der gekippten Oberfläche einen bestimmten Wert erreicht hat. Es kann ein Anschlag zum Begrenzen einer schwerkraftgetriebenen Abwärtsbewegung des Reinigungselements vorgesehen sein. Hierdurch wird vermieden, dass das Reinigungselement von der Oberfläche herunterfällt. Bei dem Anschlag kann es sich um eine einfache Wand handeln, die an einem unteren Endbereich der gekippten Oberfläche angeordnet ist. Sofern die Oberfläche in unterschiedli- che Richtungen kippbar ist, ist vorzugsweise an jedem möglichen unteren Endbereich ein Anschlag angeordnet.

Die Reinigungsvorrichtung kann eine Aufnahme zur Unterbringung des Reinigungselements umfassen. Eine solche Aufnahme schützt das Reinigungselement vor Verschmutzungen und gegebenenfalls vor Sonneneinstrahlung. Die Aufnahme kann insbesondere gehäuseartig gestaltet sein.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Reinigungsvorrichtung eine Ausscheideeinrichtung für von dem Reinigungselement gesammelte und aus dem System auszuscheidende Verunreinigungen umfasst. Hierdurch wird die Bedienungsfreundlichkeit weiter erhöht, da sich der Nutzer der Anlage nicht um das Entfernen der angesammelten Verschmutzungen kümmern muss.

Die Ausscheideeinrichtung kann wenigstens eine Abwurföffnung umfassen, auf die das Reinigungselement zu bewegbar ist. Das Reinigungselement transportiert bei dieser Ausgestaltung die Schmutzpartikel bis zu der Abwurföffnung, durch welche die Partikel dann hindurchfallen. Bei Bedarf kann auch eine Anordnung aus mehreren Abwurföffnungen und insbesondere ein Sieb oder Gitter vorgesehen sein. Die Ausscheideeinrichtung könnte auch eine Mulde oder Rinne umfas- sen, in welche die gesammelten Verunreinigungen gelangen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Ausscheideeinrichtung eine Zusatz-Reinigungseinrichtung zum Reinigen des Reinigungselements umfasst. Es könnte also eine Waschanlage oder dergleichen für das Reini- gungselement vorgesehen sein, um an dem Reinigungselement anhaftende Verunreinigungen zu entfernen. Die Bedienungsfreundlichkeit wird hierdurch weiter erhöht.

Die Solar- oder Photovoltaikanlage kann einen Nachführungsantrieb zum Nach- führen der Oberfläche entsprechend dem Sonnenstand aufweisen. Durch die aufgrund der Nachführung herbeigeführte Neigungsänderung der Oberfläche kann der Reinigungsvorgang völlig selbständig ablaufen. Bei vielen Solar- und Photo- voltaikanlagen umfasst die Nachführung ein Hin- und Herkippen der Oberfläche um eine horizontale oder geringfügig geneigte Achse einmal pro Tag. Bei solchen Anlagen kann sich das Reinigungselement ohne weiteres Zutun zweimal pro Tag über die Oberfläche bewegen. Dies ist in vielen Fällen für eine angemessene Reinigung ausreichend.

Die Reinigungsvorrichtung kann jedoch auch mit einer Steuereinrichtung des Nachführungsantriebs in Verbindung stehen und dazu ausgebildet sein, zum Durchführen des Reinigungsvorgangs eine Kippbewegung der Oberfläche herbeizuführen. Der Reinigungsvorgang kann bei dieser Ausgestaltung unabhängig vom Sonnenstand ausgelöst werden. Das gezielte Auslösen eines Reinigungsvorgangs kann beispielsweise nach einem Sturm oder Unwetter wünschenswert sein. Falls eine besonders intensive Reinigung gewünscht ist, kann der Nachführungsantrieb auch zum mehrmaligen Hin- und Herkippen der Oberfläche genutzt werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Reinigungsvorrichtung für eine Solar- oder Photo- voltaikanlage, welche eine gegenüber der Horizontalen gekippte oder kippbare Oberfläche aufweist und wenigstens ein Reinigungselement, eine an der Oberfläche befestigbare Aufnahme für das Reinigungselement und Mittel zum Herbeiführen einer schwerkraftgetriebenen Bewegung des wenigstens einen Reinigungselements über die gekippte Oberfläche umfasst. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben gestaltet sein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Reinigen einer Solar- oder Photovoltaikan- lage sieht vor, eine zu reinigende Oberfläche gegenüber der Horizontalen zu kippen und wenigstens ein Reinigungselement derart auf der gekippten Oberfläche anzuordnen, dass es sich schwerkraftgetrieben über die gekippte Oberfläche ab- wärtsbewegt.

Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Photovoltaikanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. zeigen den Ablauf eines Reinigungsvorgangs zur Reinigung einer Oberfläche der in Fig. 1 gezeigten Photovoltaikanlage. zeigen eine Photovoltaikanlage gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung in verschiedenen aufeinanderfolgenden Phasen eines Reinigungsvorgangs. ist eine vergrößerte Darstellung eines Reinigungselements der in Fig. 3A bis 3D gezeigten Photovoltaikanlage. zeigen eine Photovoltaikanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen aufeinanderfolgenden Phasen eines Reinigungsvorgangs. Die in Fig. 1 und Fig. 2A bis 2D dargestellte Photovoltaikanlage 1 1 umfasst ein Solarzellenmodul 13 mit einer der Sonnenstrahlung auszusetzenden Oberfläche 15, die in grundsätzlich bekannter Weise durch miteinander verschaltete Einzelsolarzellen gebildet sein kann. Das Solarzellenmodul 13 ist um eine horizontale Kippachse K kippbar an einem Ständer 17 gelagert. Ein nicht dargestellter, bei- spielsweise elektrischer Nachführungsantrieb dient dazu, den Kippwinkel des Solarzellenmoduls 13 dem Sonnenstand nachzuführen. Zur Erzeugung elektrischer Energie aus Sonnenstrahlung können mehrere Photovoltaikanlagen 1 1 zu einer Gesamtanlage zusammengefasst sein. Eine in die Photovoltaikanlage 1 1 integrierte Reinigungsvorrichtung 19 sorgt für eine regelmäßige Reinigung der Oberfläche 15, wie nachfolgend genauer ausgeführt wird.

Speziell weist die in Fig. 1 dargestellte Reinigungsvorrichtung 19 ein einzelnes Reinigungselement in Form einer um eine horizontale Drehachse R drehbaren Reinigungswalze 21 auf. Die Reinigungswalze 21 kann einen Borstenbesatz oder einen Kletthakenbesatz aufweisen, was in den Figuren jedoch nicht gezeigt ist. Alternativ kann die Walzenoberfläche 23 der Reinigungswalze 21 auch saugfähig gestaltet oder mit einer haftvermittelnden Beschichtung versehen sein.

An den beiden Stirnseiten der Reinigungswalze 21 sind jeweilige Seilführungsrollen 25 angeordnet, in welchen jeweilige Führungsseile 27 geführt sind. Die Führungsseile 27 erstrecken sich jeweils entlang zweier gegenüberliegender Ränder der Oberfläche 15. Es ist vorgesehen, dass jeweils das untere Führungsseil ohne Umschlingung in der Seilführungsrolle 25 geführt ist, während das obere Führungsseil 27 mit Umschlingung in der Seilführungsrolle 25 geführt ist. Dadurch rotiert die Reinigungswalze 21 im Falle einer Abwärtsbewegung mit einem gegenüber einem freien Abrollen oder Abwälzen umgekehrten Drehsinn um die Rotationsachse R. Grundsätzlich könnte auch jeweils das untere Führungsseil 27 mit Umschlingung in der Seilführungsrolle 25 geführt sein. In diesem Fall ist die Drehzahl der Reinigungswalze im Falle einer Abwärtsbewegung gegenüber einem freien Abrollen oder Abwälzen erhöht. In beiden Fällen ergibt sich ein Schlupf, der mit einem kehrenden Effekt einhergeht. An den beiden der Kippachse K abgewandten Enden 29 des Solarzellenmoduls 13 befinden sich Endplatten 30, die jeweils mit einer siebartigen Anordnung von Löchern 31 versehen sind. Jede Endplatte 30 bildet gemeinsam mit einer Rückwand 32 und zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 33 eine gehäuseartige Aufnahme 37 für die Reinigungswalze 21 . Bei Bedarf könnte die Aufnahme 37 durch einen Deckel ergänzt sein.

Die Fig. 2A bis 2D zeigen die Durchführung eines Reinigungsvorgangs mittels der Reinigungsvorrichtung 19. In der in Fig. 2A gezeigten Kippstellung des Solarzellenmoduls 13 befindet sich die Reinigungswalze 21 in der Aufnahme 37. Der Nachführungsantrieb kann diese Kippstellung beispielsweise bei Sonnenaufgang vorsehen. Im Verlauf des Tages sorgt der Nachführungsantrieb dafür, dass sich die Kippstellung des Solarzellenmoduls 13 ändert, und zwar ausgehend von der in Fig. 2A gezeigten Stellung zunächst in eine horizontale Stellung und anschließend in eine entgegengesetzte Kippstellung, wie dies in Fig. 2B bis 2D gezeigt ist. Da die Reinigungswalze 21 nicht am Solarzellenmodul 13 befestigt, sondern lediglich mittels der Führungsseile 27 geführt ist, bewegt sie sich ab einer bestimmten Kippstellung schwerkraftgetrieben über die gekippte Oberfläche 15 abwärts (Fig. 2B und 2C) und sorgt hierbei für eine effektive Reinigung der Oberfläche 15. Die Reinigungswalze 21 kommt schließlich am Ende 29 des Solarzellenmoduls 13 an und wird durch Anschlagen an der Rückwand 32 bzw. an den Seitenwänden 33 an einer weiteren Abwärtsbewegung gehindert. Dieser Zustand ist in Fig. 2D dargestellt. Die entsprechende Kippstellung des Solarzellenmoduls 13 kann beispielsweise bei Sonnenuntergang erreicht sein. Es versteht sich, dass sich die Reinigungswalze 21 bei einer Rückbewegung des Solarzellenmoduls 13 von der in Fig. 2D dargestellten Kippstellung in die in Fig. 2A dargestellte Kippstellung ein weiteres Mal über die Oberfläche 15 bewegt.

Der Nachführungsantrieb der Photovoltaikanlage 1 1 sorgt somit ohne jegliche Steuerungsmaßnahmen und ohne separate Energiezufuhr dafür, dass die Oberfläche 15 der Photovoltaikanlage 1 1 zweimal pro Tag gereinigt wird. Sollte dies anwendungsbedingt nicht ausreichen, so könnte die Reinigungsvorrichtung 19 mit einer elektronischen Steuereinrichtung versehen werden, die mit dem Nachführungsantrieb in Verbindung steht und diesen bei Bedarf anweist, eine oder mehre- re zusätzliche, gegebenenfalls schnelle Kippbewegungen herbeizuführen. Ebenso könnte die Reinigungsvorrichtung 19 eine Auslösevorrichtung, z. B. in Form eines arretierbaren Schwenkblechs, umfassen, welche die Abwärtsbewegung der Reinigungswalze 21 wahlweise blockiert oder freigibt. Ein Reinigungsvorgang kann dann im Prinzip unabhängig vom Nachführungsantrieb gestartet werden. Bei- spielsweise kann es bei bestimmten Anlagen wünschenswert sein, lediglich in größeren zeitlichen Abständen Reinigungsvorgänge durchzuführen.

Die Reinigungswalze 21 befördert bei ihrer Abwärtsbewegung Verunreinigungen bis an das untere Ende 29 des Solarzellenmoduls 13 und insbesondere auf die dort befindliche Endplatte 30. Die Verunreinigungen fallen dann durch die Löcher 31 . Eventuell an der Reinigungswalze 21 anhaftende Verunreinigungen können bei Bedarf mit einer zusätzlichen Reinigungseinrichtung entfernt werden, was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist. Eine solche Reinigungseinrichtung könnte beispielsweise in eine der Aufnahmen 37 integriert sein.

In den Fig. 3A bis 3D ist eine alternativ gestaltete Photovoltaikanlage 1 1 ' gezeigt, welche ebenfalls mit einer Reinigungsvorrichtung 19' versehen ist. Anstelle einer einzelnen Reinigungswalze 21 sind hier jedoch sieben Reinigungsscheiben 41 vorgesehen, die frei und ungeführt über die Oberfläche 15 rutschen. Es versteht sich, dass die Größe und die Anzahl der Reinigungsscheiben 41 an die jeweilige Anwendung angepasst werden können. Eine spezielle beispielhafte Ausgestaltung einer Reinigungsscheibe 41 ist der vergrößerten Darstellung von Fig. 4 zu entnehmen. Wie gezeigt ist ein scheibenförmiger Grundkörper 43 mit einem Borsten- besatz 45 versehen. Der Grundkörper 43 könnte auch eine andere Form wie z. B. eine blockartige Form aufweisen.

Die in den Fig. 5A bis 5D gezeigte Photovoltaikanlage 1 1 " mit zugehöriger Reinigungsvorrichtung 19" ist im Prinzip genauso gestaltet wie die in Bezug auf die Fig. 4A bis 4D beschriebene Photovoltaikanlage 1 1 ', wobei jedoch anstelle der Reinigungsscheiben 41 kugelförmige Reinigungsbälle 51 vorgesehen sind. Diese rollen frei über die Oberfläche 15 und sorgen so für deren Reinigung.

Eine nicht dargestellte Ausführungsform der Erfindung sieht anstelle der einzelnen Reinigungsbälle 51 eine Vielzahl von gleichartigen Reinigungselementen in Form von Schüttgut vor. Das heißt, es könnte eine Menge an Reinigungsgranulat aus einem entsprechenden Behälter am oberen Ende 29 des Solarzellenmoduls 13 entlassen werden, um die Oberfläche 15 zu reinigen. Besonders gut eignet sich die Erfindung für Solar- oder Photovoltaikanlagen mit Nachführungsantrieb. Grundsätzlich ist die Erfindung aber auch für Solar- oder Photovoltaikanlagen mit statisch gekippter Oberfläche geeignet. Um bei einem solchen System eine mehrfache Reinigung zu ermöglichen, könnte die Reinigungsvorrichtung mit einem Antrieb für einen Rücktransport des Reinigungsele- ments oder der Reinigungselemente versehen sein.

Dadurch dass an einer gekippten Oberfläche die Schwerkraft zum Antreiben eines oder mehrerer Reinigungselemente genutzt wird, kann eine Photovoltaikanlage ohne zusätzliche Energiezufuhr mit einer automatischen Reinigungsfunktion ver- sehen werden. Von Vorteil ist hierbei, dass auch bestehende Photovoltaikanlagen auf relativ einfache Weise mit entsprechenden Reinigungsvorrichtungen nachgerüstet werden können. Ein Nutzer der Anlage ist von arbeitsaufwendigen manuellen Reinigungsvorgängen befreit. Die vorstehend beschriebenen Reinigungsmaßnahmen sind auch bei thermischen Solaranlagen und ähnlichen Freiluftanlagen vorteilhaft.

Bezugszeichenliste

1 1 , 1 1 ', 1 1 " Photovoltaikanlage

13 Solarzellenmodul

15 Oberfläche

17 Ständer

19, 19', 19" Reinigungsvorrichtung

21 Reinigungswalze

23 Walzenoberfläche

25 Seilführungsrolle

27 Führungsseil

29 Ende

30 Endplatte

31 Loch

32 Rückwand

33 Seitenwand

37 Aufnahme

41 Reinigungsscheibe

43 Grundkörper

45 Borstenbesatz

51 Reinigungsball

K Kippachse

R Rotationsachse