用于清洁太阳能收集器表面的机构的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]1.抟术领域
[0002]本公开整体涉及用于清洁太阳能收集器的设备和方法，并且更具体地讲，涉及用于从太阳能收集器的收集器表面去除粉尘沉积物的刷子与橡皮扫帚机构。
[0003]2.相关领域说明
[0004]传统上，已经出于住宅和商业用途使用包括煤炭、石油和天然气在内的化石燃料来供应电能。目前，化石燃料是充裕且相对低成本的能源。然而，存在与使用化石燃料相关联的若干已知缺点。例如，化石燃料通常被视为不可再生能源，并且可能在可预见的未来变得不充裕。另外，化石燃料的燃烧通常导致产生二氧化碳以及可能对人类和环境有害的其他气体排放。
[0005]利用来自太阳的光能是使用化石燃料作为能源的一种替代方式。使用太阳能收集器，可将太阳光转化成其他有用的能量形式。例如，一种类型的太阳能收集器将太阳光能转化为可用于补充住宅热水供应的热能。另一种类型的太阳能收集器使用光伏(PV)元件来将太阳光能直接转化为电能。又一种类型的太阳能收集器使用反射表面(例如，抛光镜面)来将太阳光能重新导向到锅炉的表面上，在该表面处将太阳光转化为热能。
[0006]通常，太阳能收集器通过用于接收太阳光能的大面积收集器表面来表征。可用于转化的能量的量取决于入射到太阳能收集器的收集器表面上的光的量。因此，太阳能收集器通常安装在阳光充足的干燥区域以使光照量最大化。然而，此类区域也容易出现强风和扬尘状况。随时间推移，粉尘和其他气载颗粒可积聚在收集器表面上并且阻挡原本将入射在收集器表面上的光，从而减小太阳能收集器的潜在功率输出。
[0007]为了维持恒定的功率输出，应当定期清洁太阳能收集器的收集器表面以去除挡光碎肩。传统上，已经使用与用于清洁玻璃窗类似的技术用手清洁太阳能收集器。然而，传统的手动清洁技术(包括压力冲洗和雨淋清洁)需要大量水供应以及大量劳动力和电力资源。对于安装在屋顶或偏远位置的太阳能收集器，经常进行手动清洁可能是不切实际的。
[0008]因此，需要改善劳动力和水资源利用率的用于清洁太阳能收集器的系统和技术。本文所述的系统涉及使用刷子与橡皮扫帚机构来有效地从太阳能收集器的收集器表面去除碎肩的技术。
【发明内容】
[0009]一个示例性实施例涉及用于清洁太阳能收集器的收集器表面的系统。该系统包括第一液体分配单元，该第一液体分配单元被构造为向收集器表面递送第一液体喷雾。所述系统还包括刷子元件，该刷子元件具有沿着第一方向取向的纵向侧并且设置为邻近于第一液体分配单元。第一橡皮扫帚元件沿着第一方向取向并且在与第一液体分配单元相对的一侧上邻近于刷子元件。第一橡皮扫帚元件、刷子元件和第一液体分配单元限定收集器表面上的第一清洁区域。第二橡皮扫帚元件沿着所述第一方向取向并且通过间隙来与所述第一橡皮扫帚元件分开以限定第二清洁区域。该系统还包括第二液体分配单元，该第二液体分配单元被构造为向位于第一橡皮扫帚与第二橡皮扫帚之间的第二清洁区域递送第二液体喷雾。
[0010]另一个示例性实施例涉及被构造为清洁一行倾斜太阳能收集器的机器人清洁装置。该机器人清洁装置被构造为横越该行倾斜太阳能收集器并且跨越该行中的相邻太阳能收集器之间的间隙。该机器人包括具有前端和后端的框架，其中后端适于朝向该行倾斜太阳能收集器的顶部设置。该机器人清洁装置还包括设置在框架前端的前部连续轨道机构和设置在框架后端的后部连续轨道机构。前部连续轨道机构和后部连续轨道机构被构造为沿着该行倾斜太阳能收集器的顶部表面以及跨越该行中的相邻太阳能收集器之间的间隙输送机器人。
[0011]该机器人清洁装置包括第一液体分配单元和第二液体分配单元、刷子元件、以及第一橡皮扫帚元件和第二橡皮扫帚元件。第一液体分配单元被构造为向收集器表面递送第一清洁液体喷雾。刷子元件具有沿着第一方向取向的纵向侧并且设置为邻近于第一液体分配单元。第一橡皮扫帚元件沿着第一方向取向并且在与第一液体分配单元相对的一侧上邻近于刷子元件，其中第一橡皮扫帚元件、刷子元件和第一液体分配单元限定收集器表面上的第一清洁区域。第二橡皮扫帚元件沿着第一方向取向并且通过间隙来与第一橡皮扫帚元件分开以限定收集器表面上的第二清洁区域。第二液体分配单元被构造为向第二清洁区域递送第二清洁液体喷雾。
[0012]另一个示例性实施例涉及用于使用单个橡皮扫帚清洁太阳能收集器的收集器表面的系统。该系统包括清洁头和用于将清洁头定位在太阳能收集器的收集器表面上的柄部。清洁头包括橡皮扫帚元件、刷子元件和液体分配单元。橡皮扫帚元件具有沿着第一方向取向的纵向侧。刷子元件沿着第一方向取向并且通过间隙来与橡皮扫帚元件分开。液体分配单元被构造为向橡皮扫帚元件与刷子元件之间的间隙中的区域递送液体喷雾。清洁头被构造为在清洁头处于第一取向时将橡皮扫帚元件和刷子元件两者放置为与收集器表面接触。清洁头还被构造为在清洁头处于第二取向时将刷子元件放置为与收集器表面接触并且将橡皮扫帚元件从收集器表面提起。清洁头还被构造为在清洁头处于第三取向时将橡皮扫帚元件放置为与收集器表面接触并且将刷子元件从收集器表面提起。
【附图说明】
[0013]图1A和图1B示出了用于清洁太阳能收集器的收集器表面的示例性系统。
[0014]图2示出了清洁头的示意图。
[0015]图3A和图3B示出了清洁头的示例性构造。
[0016]图4A至图4C示出了清洁头的示意图。
[0017]图5A和图5B示出了清洁头与柄部元件之间的示例性耦接接头。
[0018]图6示出了示例性背包式液体供应单元。
[0019]图7A和图7B示出了用于向清洁头提供清洁液体流的两个示例性液体递送系统的示意图。
[0020]图8示出了用于清洁一行太阳能收集器的示例性机器人清洁装置。
[0021]图9示出了机器人清洁装置的示例性框架。
[0022]图10示出了用于机器人清洁装置的示例性清洁模块的示意图。
[0023]图1lA至图1lC示出了用于清洁太阳能收集器的收集器表面的示例性过程的流程图。
【具体实施方式】
[0024]提供以下描述以使得本领域的普通技术人员能够制备和使用各种实施例。对具体装置、技术和应用的描述仅被提供作为例子。对本文所述的例子的各种修改对本领域的普通技术人员是显而易见的，并且本文所定义的一般原理可在不脱离各种实施例的精神和范围的前提下应用于其他例子和应用。因此，各种实施例并不意图限于本文描述和示出的例子，而是应被给予与权利要求书一致的范围。
[0025]如上所述，粉尘和其他气载颗粒可积聚在太阳能收集器的收集器表面上并且阻挡原本将入射在收集器表面上的光。积聚的颗粒和其他碎肩往往会减少可供转化的太阳能的量并且从而减小太阳能收集器的潜在功率输出。例如，光伏收集器在多尘环境中可归因于挡光碎肩在收集器表面上的积聚而每天损失其发电容量的0.1%至0.3%之间。如果在整个干旱季节期间未清洁收集器，则累计损失有可能达到20%。因此，在至少一些情况下，定期清洁太阳能收集器的收集器表面可防止太阳能收集器与太阳之间的光学界面功能退化，并且帮助使太阳能收集器的总体电力产生最大化。
[0026]下文描述的系统和方法与清洁多种太阳能收集器的收集器表面有关。示例性太阳能收集器包括光伏收集器、太阳能热收集器、太阳光反射器收集器等等。太阳能收集器还可称为太阳能面板，尤其是当能量转化发生在太阳能面板的主体内时。在下文提供的例子中，收集器表面是平坦的。然而，在其他具体实施中，收集器表面可为弯曲或抛物线形状的。
[0027]3.使用双橡皮扫帚的手持式清洁装置
[0028]图1A和图1B示出了使用双橡皮扫帚的用于清洁太阳能收集器的收集器表面的示例性系统的部件。图1A和图1B中示出的系统包括手持式清洁装置100和背包式液体供应单元300。如图1B所示，手持式清洁装置100包括用于清洁收集器表面的清洁头110和被构造为由人类操作者手持的柄部元件120。图1A和图1B中示出的背包式液体供应单元300被构造为由人类操作者穿戴，并且还被构造为经由至少一个液体供应软管102向清洁头110供应清洁液体。在本实施例中，用手操作的控制阀可由操作者致动以将清洁液体流递送到清洁头110。
[0029]在图1A和图1B示出的系统中，手持式清洁装置100被构造用于清洁安装在人类操作者能够触及的安装表面(例如，能够支撑人类操作者的地面或屋顶表面)上的太阳能收集器。假设太阳能收集器安装在允许操作者站立在邻近于太阳能收集器的至少一侧的位置处。在一个例子中，穿戴背包式液体供应单元300的操作者通过以下操作来清洁太阳能收集器的收集器表面:将清洁头110放置在收集器表面上，致动用手操作的控制阀，然后通过沿着太阳能收集器的一侧步行来使清洁头100跨越收集器表面移动。在涉及布置成一行的多个太阳能收集器的另一个例子中，操作者通过沿着该行太阳能收集器的一侧步行来清洁整行。在一些情况下，如果面板之间的间隙过大，则当在相邻太阳能收集器之间过渡时，操作者使用柄部元件120来提起清洁头110。
[0030]图1A和图1B中示出的手持式清洁装置100被构造为在单个遍次中清洁太阳能收集器的收集器表面的区域。也就是说，仅使手持式清洁装置在给定区域上方经过一次来执行清洁操作。与此形成对比的是需要多个遍次来执行收集器表面的清洁和干燥的机构或技术。
[0031]通常，与一些传统清洁技术相比，使用手持式清洁装置100的清洁操作导致清洁液体和手工劳动的量减少。例如，手持式清洁装置100可被构造为以大约300m2/小时的清洁速率使用少至0.05L/m2的清洁液体来清洁典型的屋顶安装式光伏太阳能收集器。相比之下，传统的喷雾清洁技术可在可基本上慢于300m2/小时的清洁速率下使用多达1.0L/m2的清洁液体。
[0032]图2示出了可用于在单个遍次中清洁太阳能收集器并且与一些传统清洁技术相比使用减少量的清洁液体的清洁头的示意图。图2示出了手持式清洁装置200的一部分，其包括清洁头210。如图2所示，清洁头210包括刷子元件213、第一橡皮扫帚元件211和第二橡皮扫帚元件212。使用第一液体分配单元221和第二液体分配单元222向太阳能收集器244的收集器表面242施加清洁液体。
[0033]在这个例子中，在使清洁头210在扫掠方向240上跨越收集器表面242移动时，形成了两个清洁区域:低度稀释区域231和高度稀释区域232。如图2所示，在使清洁头210在扫掠方向240上移动时，低度稀释区域231在高度稀释区域232之前。另外，在使清洁头210扫掠时，第一橡皮扫帚元件211充当液体屏障并且将低度稀释区域231与高度稀释区域232分开。
[0034]如图2所示，低度稀释区域231对应于收集器表面242的靠近第一液体分配单元221的一部分，即收集器表面242在刷子元件213下方的一部分，并且朝向第一橡皮扫帚元件211延伸。在典型的具体实施中，第一液体分配单元221将第一喷雾递送到收集器表面242的干燥区域。在由第一液体分配单元221润湿之后，使用刷子元件213来移走已经积聚在太阳能收集器244的收集器表面242上的颗粒物质和其他碎肩。因此，存在于低度稀释区域231中的液体通常包含悬浮在一定体积的清洁液体中的相对较高浓度的颗粒物质。随着使清洁头210跨越收集器表面242移动，几乎所有清洁液体和悬浮颗粒物质由第一橡皮扫帚元件211去除。
[0035]如图2所示，高度稀释