ELEKTRISCHEN VERBRAUCHERN IN EINEM SOLARFELD

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Solarfeld mit wenigstens einer Trägerstruktur, welche wenigstens ein Solarelement trägt, wobei entlang oder auf dem wenigstens einen Solarelement eine Robotereinheit verfahrbar ist, sowie eine Solaranlage mit einer Mehrzahl von Solarelementen innerhalb eines Solarfelds sowie einer Mehrzahl über das Solarfeld verteilter elektrischer Verbraucher.

Derartige Vorrichtungen sind im Stand der Technik zahlreich bekannt. Beispielsweise nennt die internationale Patentanmeldung WO 2008/058528 A1 einen Waschapparat und ein Waschverfahren für konzentrierende Solarkollektoren, bei welchem ein Waschroboter direkt auf der Oberfläche der zu reinigenden Spiegel verfahren wird. Ein solcher Waschroboter kann einen Tank aufweisen, in welchem das Waschwasser vorgehalten wird. Dieser Waschroboter kann dieses Waschwasser etwa nur zeitweise auf die Spiegel aufbringen und es anschließend beim Verlassen einer bereits gereinigten Spiegelteilfläche wieder absaugen und weiter verwenden. Hierdurch ist der vorgeschlagene Waschapparat in der Lage, relativ autark auf den Spiegeln bewegt zu werden, ohne dass es - wie bei anderen Lösungen üblich - erforderlich wäre, Fahrzeuge mit Wassertanks neben dem Waschroboter herzuführen.

Eine solche Lösung ist aus der Offenlegungsschrift DE 2738666 A1 bekannt, in welcher beidseitig neben den dort paraboihnnenförmigen Spiegeln Schienen angeordnet sind, auf weichen der dort beschriebene Waschroboter verfahrbar ist. Im Rahmen der Offenbarung ist dort vorgesehen, einen Reinigungsmittelspeicher vorzuhalten, welcher mit dem Waschroboter über eine auf eine Trommel aufgewickelte Reinigungsschlauchleitung verbunden ist. Die Offenlegungsschrift DE 102004036094 A1 geht ferner von einem Fahrzeug aus, welches wahlweise auch bemannt sein kann und welches neben den zu reinigenden Spiegeln hergefahren werden muss. Hierzu kann zwar eine Schienenführung vorhanden sein, jedoch ist aufgrund der Größe des Fahrzeugs auch das Wasserreser- voir direkt an Bord angeordnet und das Fahrzeug wird mithilfe eines herkömmlichen

Fahrzeugmotors, welcher in der Offenlegungsschrift nicht näher diskutiert ist, angetrieben.

Grundsätzlich besteht bei Solaranlagen, beispielsweise solarthermischen Kraftwer- ken die Problematik, dass diese mit besonders großer Energieausbeute in sonnenreichen und damit trockenen Gebieten eingesetzt werden. Gerade in trockenen Gebieten fällt jedoch eine hohe Staubbelastung an, weshalb ein ständiges Reinigen der verwendeten Spiegel, welche das einstrahlende Sonnenlicht auf einen Absorber lenken, erforderlich ist. Um die Energieausbeute in einer derartigen Anlage möglichst groß werden zu lassen, muss die Reflexionsfähigkeit der verwendeten Spiegel möglichst hoch gehalten werden und damit für die Sauberkeit der Spiegel gesorgt werden.

Neben dem Umstand, dass eine ständige Reinigung der Spiegel erforderlich ist, ist auch davon auszugehen, dass grundsätzlich mit möglichst wenigen zusätzlich heran zu schaffenden Mitteln die Reinigung bewerkstelligt werden soll. So wäre es beispielsweise nicht erwünscht, im Bereich des solarthermischen Kraftwerks Treibstoff für den Waschroboter bzw. für ein Waschfahrzeug bereithalten zu müssen. Umgekehrt verspricht der Einsatz von Akkumulatoren als Energiequelle für die Verfahren der Waschroboter ebenfalls keine Ideallösung zu sein, nachdem die Akkumulatoren als solche eine lediglich sehr begrenzte Lebensdauer haben und bei ständigem Einsatz unter trockenen, heißen Bedingungen diese Lebensdauer noch weiter verkürzt wird. Neben dem Erfordernis des Waschens der Solarelemente besteht auch das Problem einer exakten Einstellung der Winkelstellung derselben, so dass eine weitere Form der Robotereinheit in einem Messroboter bestehen kann. Auch hier muss eine dauerhaft belastbare Versorgung gewährleistet sein. Ein weiteres Problem stellt das Gewicht der Robotereinheit dar, die im Falle eines Verbrennungsmotors neben dem Motor und ggf. dem Generator auch den entsprechenden Kraftstoff mit sich führen muss. Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Versorgung elektrischer Verbraucher im Solarfeld sicherzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet, der Robotereinheit eine größtmögliche Autarkie ermöglicht und gleichzeitig die Möglichkeit bietet, mit einfachen Mitteln eine Energieversorgung der Robotereinheit zu gewährleisten.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Stromversorgung auch von verschiedenen anderen Verbrauchern im Bereich eines Solarkraftwerks vorzuschlagen, welche eine teuere Verkabelung der einzelnen Komponenten vermeidet. Dies gelingt durch eine Vorrichtung zur Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Solarfeld gemäß den Merkmalen eines der Ansprüche 1 oder 2, bzw. durch ein Solarkraftwerk gemäß dem nebengeordneten Anspruch 13 oder 15. Weitere, sinnvolle Ausgestaltungen einer derartigen Vorrichtung bzw. eines derartigen Solarkraftwerks können den jeweiligen untergeordneten Ansprüchen entnommen werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Robotereinheit an einer Trägerstruktur entlang oder auf ihr fahrend geführt wird und von ihrer Führung entlang der zu reinigenden Solarelemente aus direkt auf eine Energieversorgung zugreifen kann. Dies wird dadurch gewährleistet, dass der Trägerstruktur, an welcher die Robotereinheit verfahrbar ist, Mittel zur Zuleitung von elektrischer Energie zur drahtlosen Energieversorgung der Robotereinheit zugeordnet sind. Dadurch, dass direkt an der Trägerstruktur, an welcher die Robotereinheit verfahren wird, diese mit einer zentralen Energieversorgung verbundenen Mittel zur Zuleitung von elektrischer Energie vorgehalten werden, wird die Robotereinheit in jeder Position in der sie sich befindet auf diese Energieversorgung zurückgreifen können. Die Robotereinheit wird sich aufgrund ihrer geforderten Positionierung im Bereich der zu wartenden Solarelementen nicht von der Trägerstruktur weg bewegen, so dass über die Trägerstruktur direkt die Energieversorgung der Robotereinheit erfolgen kann. Auf diese Art und Weise hat die Robotereinheit in jeder Position, in welche sie verfahren wird, eine direkte Kontaktierungsmöglichkeit zu einer Energieversorgung, auf welche die Robotereinheit jederzeit zurückgreifen kann. Das Ausgehen der mitgeführten Energie kann hierdurch weitestgehend ausgeschlossen werden. Gleichzeitig wird es vermieden, zusätzliche Konstruktionen im Bereich der zu wartenden Flächen aufzustellen, mit deren Hilfe eine Energieversorgung der Robotereinheit ermöglicht wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Trägerstruktur selbst ein Kontakt zugeordnet sein, über welche ein beweglicher Kontakt der Robotereinheit kontaktierend bewegt werden kann. Hierdurch wird die Robotereinheit während ihres Verfahrens ständig in elektrischem Kontakt zu ihrer Energieversorgung gehalten. Ferner ist es möglich, die Oberfläche der Trägerstruktur selbst als Kontaktfläche zu verwenden, indem die Trägerstruktur vollständig gegenüber dem Boden isoliert wird und an die Trägerstruktur selbst ein Potenzial zur Versorgung der Robotereinheit angelegt wird.

Um auch ein zweites Potenzial an die Robotereinheit anzulegen, so dass ein Ausgleich zwischen den beiden Potenzialen stattfinden kann, kann die Robotereinheit in den Eingriff einer zweiten Kontaktfläche gebracht werden, welche gegenüber der ersten Kontaktfläche isoliert ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die

Trägerstruktur zweigeteilt wird und ein Teil gegenüber dem anderen isoliert wird, alternativ ist es aber auch möglich, eine separate Kontaktschiene entlang der Trägerstruktur zu führen, welche ihrerseits gegenüber der Trägerstruktur selbst isoliert ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführung sieht vor, dass jeweils zwei benachbarte Trägerstrukturen, welche zu parallel angeordneten Zeilen zu reinigender Solarelemente, wie etwa Spiegelflächen oder Solarzellenflächen, gehören, unterschiedliche Potenziale aufweisen, so dass jeweils einer Trägerstruktur ein Potenzial zugeordnet ist. Die Robotereinheit wird in diesem Fall entlang einer Trägerstruktur bewegt und deren Oberfläche mithilfe ihres beweglichen Kontakts elektrisch kontaktieren, während gleichzeitig eine mit der Robotereinheit elektrisch verbundene, vorzugsweise kabelverbundene, Abnehmereinrichtung entlang der benachbarten Trägerstruktur oder auf dieser verfahren wird. Diese Abnehmereinrichtung wird das zweite Potenzial von der benachbarten Trägerstruktur abnehmen und der Robotereinheit an einen entsprechenden Anschluss anlegen.

Mit besonderem Vorteil kann es sich bei dieser Abnehmereinrichtung um eine weitere Robotereinheit handeln, so dass praktisch zwei mit einander verbundene Robotereinheiten oder Roboterteile an benachbarten Trägerstrukturen entlang bewegt werden, welche jeweils ein Potenzial der ihnen jeweils zugeordneten Trägerstruktur abgreifen und das eigene Potenzial jeweils der anderen Robotereinheit zur Verfügung stellen. Hierbei kann es sich bei den verbundenen Robotereinheiten auch um unterschiedliche Robotereinheiten handeln, etwa um einen Waschroboter und einen Messroboter zur Messung der Neigung der Solarelemente.

Die Robotereinheiten können hierbei entweder an einer beliebig geformten Trägerstruktur im Bereich der zu reinigenden Solarelemente entlang geführt werden, welche in Form von Schienen, Gestängen und dergleichen mehr gebildet sind. Es ist jedoch auch erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Trägerstruktur baueinheitlich mit den Gehäusen, auf weichen die Solarelemente angeordnet sind, gebildet ist. Im Fall eines konzentrierenden Solarkollektors sind die Spiegel also auf jeweils wenigstens einem Spiegelkasten montiert, wobei der Spiegelkasten als solcher ein Gehäuse besitzt, welches von der auf dem Spiegelkasten verfahrbaren Robotereinheit gleitend kontaktiert werden kann. Während die Robotereinheit mit an ihrer Unterseite angeordneten Rädern auf dem Spiegel fährt, wird sie mit einigem Vorteil die Seitenkanten des Spiegelkastens umgreifen und auf dessen Unterseite den Spiegelkasten als solchen elektrisch kontaktieren. Hierdurch ist zudem ermöglicht, der Robotereinheit auf dem Spiegelkasten den nötigen Halt zu geben, um während des Verfahrens auf der Spiegelscheibe nicht von dem Spiegelkasten herabzurutschen. Dies gilt auch dann, wenn der Spiegelkasten, etwa für eine Reinigung, nicht extra in eine besondere Position verbracht, sondern vielmehr in seiner Betriebsposition gehalten wird. Dies erhöht weiter die Energieproduktion des solarthermischen Kraftwerks, wenn zur Wartung, insbesondere der Reinigung, der Spiegel diese nicht aus ihrer Betriebsposition herausgefahren werden müssen. Durch das Umgreifen der Längskanten des Spiegelkastens erfährt die Robotereinheit einen sicheren Halt auf der Oberfläche des Spiegelkastens bzw. der Oberfläche der Spiegelscheibe und kann hierdurch weitestgehend autark verfahren werden. Entsprechend verfährt die Robotereinheit auch auf Fotovoltaikelementen, deren Gehäuse ebenso als Trägerstruktur und gleichzeitig als Kontakt eingesetzt wird. Die Funktionsweise kann hierbei hinsichtlich der Robotereinheit und deren Energieversorgung prinzipiell der Funktion im Falle eines Fotovoltaikelements entsprechen.

Alternativ zu einer beispielsweise Gleitkontaktierung am Gehäuse der Trägerstruktur kann auch eine Lösung vorgesehen werden, welche bei konzentrierenden Solarkollektoren mit einer induktiven Energieübertragung arbeitet. Hierbei werden Induktionsleitungen unterhalb der Spiegelscheiben in dem Spiegelkasten montiert, welche je- weils bei einem Überfahren der Spiegelscheibe durch eine Robotereinheit aktiviert werden und die Robotereinheit berührungslos mit elektrischer Energie versorgen.

Neben einer beweglichen Kontaktierung, welche besonders für fahrbare Roboter geeignet ist, kann den Trägerstrukturen in einem Solarfeld aber auch eine Kontaktierung der ortsfesten elektrischen Verbraucher zugeordnet sein. Hierzu weist die Trägerstruktur ein Potenzial auf, das direkt von den Verbrauchern, etwa den Stellmotoren für die Trägerstrukturen, zur Sonnennachführung der Solarelemente abgegriffen werden kann. Das zweite Potenzial kann dann über Kabelführungen herangeführt werden oder im Falle der Möglichkeit einer Separierung der Trägerstruktur in elektrisch voneinander isolierte Teilstrukturen über eine zweite Teilstruktur bereitgestellt werden. Anstelle von oder ergänzend zu einer reinen Versorgung von Verbrauchern über die Trägerstruktur kann aber auch eine Ableitung der in einem Photovol- taikelement erzeugten elektrischen Energie erfolgen.

Soweit einer Trägerstruktur jedoch nur ein Potenzial zugeordnet ist, können benachbarte Trägerstrukturen unterschiedliche Potenziale aufweisen, so dass für jeden Verbraucher an einer Trägerstruktur nur eine Stichleitung zur benachbarten Trägerstruktur vorgesehen werden muss.

Neben der reinen Übertragung von elektrischer Energie kann den jeweiligen Trägerstrukturen auch ein Datensignal aufgeschaltet werden, über welches Stellbefehle an die einzelnen elektrischen Verbraucher, oder umgekehrt Rückmeldungen von Verbrauchern oder Messwerte von Sensoren kommuniziert werden. Besonders bevorzugt wird für diese Kommunikation das CANopen-Protokoll. Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 zwei parallele Spiegelzeilen eines konzentrierenden Solarkollektors mit mehreren Spiegeln, welche jeweils von einem Waschroboter befahren werden in einer perspektivischen Darstellung von schräg oben, sowie

Figur 2 eine Mehrzahl paralleler Spiegelzeilen eines konzentrierenden Solarkollektors in einer schematischen Schaltskizze von oben. Figur 1 zeigt zwei parallele Spiegelzeilen 7, 8 auf weichen jeweils ein Waschroboter

1 , 2 verfahren werden. Die beiden Spiegelzeilen 7, 8 sind Teil eines konzentrierenden Solarkollektors, bei dem die auf die Spiegelzeilen 7, 8 eintreffende Sonnenenergie gebündelt und auf einen erhöht gegenüber den Spiegelzeilen 7, 8 stehenden Absorber, der hier nicht weiter von Interesse ist und auch nicht weiter beschrieben und gezeigt wird, gelenkt wird. In dem Absorber ist ein Wärmeträgermedium geführt, welches durch die auf den Absorber gelenkte Sonnenenergie erwärmt und zur weiteren Verwendung abgeführt wird.

Auf einer ersten Spiegelzeile 7 wird ein erster Waschroboter 1 verfahren, welcher auf seiner Unterseite Räder aufweist, mit welchen er auf einer Spiegelscheibe 4 der ersten Spiegelzeile 7 rollt. Im Kantenbereich der Spiegelscheibe 4 ist das Gehäuse des ersten Waschroboters 1 um die Kante des unter der Spiegelscheibe 4 angeordneten Spiegelkastens 3 herumgeführt, so dass eine Gleitkontaktierung eines Gleitkontakts 5 des ersten Waschroboters 1 am Material des Spiegelkastens 3, welcher eine Trä- gerstruktur für den ersten Waschroboter 1 darstellt, realisiert wird. Der Gleitkontakt 5 schleift also über die Oberfläche des Spiegelkastens 3, welcher aus einem elektrisch leitfähigen Metall hergestellt ist und an welchen ein erstes Potenzial angelegt wird. In gleicher Weise wird mit der zweiten Spiegelzeile 8 verfahren, wobei an den Spiegelkasten der zweiten Spiegelzeile 8 ein zweites Potenzial angelegt wird, welches wie- derum von dem zweiten Waschroboter 2 abgegriffen wird. Der erste Waschroboter 1 ist mit dem zweiten Waschroboter 2 über eine Verbindungsleitung 6 verbunden, über welche das jeweils von einem Waschroboter 1 , 2 abgegriffene Potenzial an den jeweils anderen Waschroboter 2, 1 weitergereicht wird, so dass jeweils die in den Waschrobotern 1 , 2 angeordneten Antriebe aufgrund des Potenzialunterschieds zwi- sehen der ersten Spiegelzeile 7 und der zweiten Spiegelzeile 8 betrieben werden können.

Figur 2 zeigt ein Prinzipschaltbild mehrerer Spiegelzeilen, wobei hier verdeutlicht wird, dass eine erste Spiegelzeile 7 mit einer Seite einer als zentrale Energiequelle fungierenden Spannungsquelle 9 verbunden wird, während eine zweite Spiegelzeile 8 mit der anderen Seite der Spannungsquelle 9 verbunden wird und damit die beiden Spiegelzeilen 7, 8 unterschiedliche Potenziale aufweisen. Mit weiteren parallelen Spiegelzeilen wird dieses System so fortgesetzt, dass sich die beiden verwendeten Potenziale immer wieder abwechseln und damit der erste Waschroboter 1 und der zweite Waschroboter 2 in einem weiteren Waschdurchgang entweder gegeneinander vertauscht auf den mittleren oder in der gleichen Anordnung auf den linken beiden Spiegelzeilen verfahren werden können. Auf diese Art und Weise ist praktisch kein Installationsaufwand für die Stromversorgung der Waschroboter 1 , 2 erforderlich, welcher über ein bloßes Anlegen einer Spannung an das Gehäuse der Spiegelkästen 3 hinausgeht.

Vorstehend beschrieben ist somit eine Vorrichtung zur Versorgung elektrischer Verbraucher in einem Solarfeld bestehend aus solarthermischen oder photovoltaischen Elementen, welche eine einfache und Kosten sparende Energieversorgung zur Wartung, insbesondere zur Reinigung, verwendeter Robotereinheiten ermöglicht, ohne dass zusätzlicher Installationsaufwand anfällt, sowie eine Solaranlage, welche eine kostengünstige und leicht handhabbare Spannungsversorgung und Kommunikation zwischen elektrischen Verbrauchern des Solarkraftwerks ermöglicht. BEZUGSZEICHEN LISTE erster Waschroboter

zweiter Waschroboter

Spiegelkasten

Spiegelscheibe

Gleitkontakt

Verbindungsleitung

erste Primärspiegelzeile

zweite Primärspiegelzeile

Spannungsquelle