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WO2022242811A1 - Reinigungsvorrichtung zum automatischen reinigen von solarmodulen einer solar-anlage - Google Patents

Reinigungsvorrichtung zum automatischen reinigen von solarmodulen einer solar-anlage Download PDF

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Publication number
WO2022242811A1
WO2022242811A1 PCT/DE2022/200088 DE2022200088W WO2022242811A1 WO 2022242811 A1 WO2022242811 A1 WO 2022242811A1 DE 2022200088 W DE2022200088 W DE 2022200088W WO 2022242811 A1 WO2022242811 A1 WO 2022242811A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cleaning
cleaning robot
drone
flying drone
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2022/200088
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Hanno Carstens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Original Assignee
Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin filed Critical Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Priority to EP22734468.6A priority Critical patent/EP4342080A1/de
Publication of WO2022242811A1 publication Critical patent/WO2022242811A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/10—Cleaning arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/60—UAVs specially adapted for particular uses or applications for transporting passengers; for transporting goods other than weapons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/34—In-flight charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/37—Charging when not in flight

Definitions

  • the invention relates to a cleaning device for automatically cleaning solar modules of a solar system, the cleaning device having at least a first mobile cleaning robot with a cleaning unit for cleaning the solar modules and a flying drone for transporting the cleaning robot and/or a charging station for charging the flying drone and /or has at least one cleaning robot, wherein the at least one cleaning robot and the flying drone can be detachably coupled to one another.
  • WO 2015/150529 Al discloses a cleaning drone based on a multicopter flight platform in which the Cleaning device is firmly connected to the drone. Electric batteries, a cleaning solution tank and a waste water tank can be arranged in a detachable cargo pack, which can be fastened to the underside of the cleaning drone by means of an electromagnetic fastening device for gripping and/or detaching the cargo pack.
  • DE 10 2019 115 647 A1 describes a drone for transporting an autonomous cleaning device and setting it down on a frame of a photovoltaic module, with the technical design of the coupling not being disclosed in any more detail.
  • a missile with a cleaning head is used directly for cleaning surfaces of a solar power plant, with geometric properties of an object being detected by means of a sensor system and being used to align the missile with the object to be cleaned.
  • KR 102018 0 134 710 A discloses an aircraft and a cleaning robot for cleaning photovoltaic modules, a cable winding unit with a cable being arranged on the underside of the aircraft.
  • a first connection unit is arranged at the lower end of the cable, which can be reversibly connected to a second connection unit of the cleaning robot, controlled by a processor of the aircraft, by lowering the cable using the cable winding unit.
  • the first connection unit can be used as Electromagnet be formed.
  • the cable is also used for data exchange between the cleaning robot and the aircraft.
  • CN 111 420 904 A describes a flying mobile cleaning device for solar cell panels with a remote-controlled unmanned aerial vehicle and a cleaning wiping robot, with an impact cone connected to a pull wire being arranged on the underside of the aircraft, the impact cone being inserted into a conical impact joint hole in a seat plate of the Cleaning wiping robot can be accommodated and the end of the pull wire is connected to a controllable winding wheel of the cleaning wiping robot.
  • the butt joint cone is connected to an aircraft butt joint platform by means of an electromagnetic locking buckle.
  • further suspension cables are arranged between the aircraft and the robotic cleaning mop, which, after lifting, ensure that the robotic cleaning mop is always held in a horizontal state.
  • a disadvantage of the known flying devices with cables, wires and/or ropes hanging down is that, due to the difficulty in positioning them, they can get caught when approaching the cleaning robot and/or unintentionally flap back and forth, resulting in damage to the cleaning robot and/or the photovoltaic modules.
  • the object of the invention is to improve the prior art.
  • the object is achieved by a cleaning device for automatically cleaning solar modules of a solar system, the cleaning device having at least a first mobile cleaning robot with a cleaning unit for cleaning the solar modules and a flying drone for transporting the cleaning robot and/or a charging station for charging the flying drone and/or the at least one cleaning robot, wherein the at least one cleaning robot and the flying drone are detachably coupled to one another, and the at least one cleaning robot and the flying drone can be coupled and uncoupled to one another by means of a magnetic device, so that in the coupled state the at least one cleaning robot can be coupled by means of the Flying drone can be transported and placed on a driveable area and/or on a solar module to be cleaned.
  • a cleaning device is thus provided in which both the flying drone and the cleaning robot can be used flexibly. It is particularly advantageous that the flying drone and the cleaning robot can operate independently and autonomously of one another as soon as the cleaning robot is placed on the solar module to be cleaned or on the floor that can be driven over.
  • the autonomous operation of the flying drone and the mobile cleaning robot as the two main components of the cleaning device enables efficient, cost-effective and continuous cleaning Cleaning the solar modules provided, which requires only a small amount of staff for additional activities, such as the maintenance of the cleaning device, but not for the cleaning itself. This enables high system efficiency and a high yield from the solar system through continuous or quasi-continuous cleaning of the solar modules.
  • An essential idea of the invention is based on the fact that flexible, automated and time-efficient operation of both the drone and the cleaning robot can be carried out independently of the flight phase thanks to the ability to easily and quickly couple and decouple the flying drone and the cleaning robot by means of the magnetic device.
  • the flying drone serves to transport the cleaning robot to and from the solar module to be cleaned, to the next solar module to be cleaned or to the charging station for charging the cleaning robot. Because the cleaning robot automatically cleans a solar module/table, the flying drone can be charged at the charging station or transport a second cleaning robot.
  • the coupling and/or decoupling takes place without a cable, wire and/or cable connection and/or without an additional mechanical connection outside the magnetic device between the flying drone and the cleaning robot, so that damage to the cleaning robot and/or the solar modules is avoided .
  • the magnetic device directly forms the only electrical and/or mechanical connection between the flying drone and the cleaning robot.
  • a “cleaning device” is in particular a device which is used to clean the surfaces of solar modules of a solar system.
  • the cleaning device can also be used to clean other surfaces, such as a glass roof.
  • the cleaning device has at least two components, the flying drone and the mobile cleaning robot
  • the cleaning device has a charging station for charging the flying drone and/or the cleaning robot.
  • a “solar module” (also “photovoltaic module”) converts light from the sun directly into electrical energy.
  • the solar module has, in particular, solar cells which are connected in series or in a parallel arrangement.
  • the solar cells of the solar module can be mounted in a frame and/or covered by a glass plate.
  • the solar module is made rigid to a To ensure accessibility by the cleaning robot.
  • the surface of the solar module to be cleaned can be aligned horizontally and thus parallel to the ground or at a fixed or variable angle of inclination to the ground.
  • a “solar system” (also called “photovoltaic open-space system” or “photovoltaic building system” or “solar power plant”) is in particular a system in which solar modules are connected individually or as a group.
  • a solar system is particularly free-standing in a landscape as an open-space system or is attached to a building.
  • the solar system is preferably at ground level or on a frame in an open area.
  • the solar system can also be attached to a building, for example on its roof surfaces.
  • the solar system has a frame construction, through which the solar modules are aligned at an optimal angle to the sun. The orientation of the solar modules can also be automatically tracked to the position of the sun.
  • a "cleaning robot” is, in particular, a service robot that automatically cleans a surface.
  • the cleaning robot drives autonomously over the surface to be cleaned and at the same time carries out the cleaning using the cleaning unit.
  • the cleaning robot has one wheel or several wheels or one Chain/caterpillar drive.
  • the wheels or the chains/caterpillars are in particular motorized and/or controllable separately on.
  • the cleaning robot can also have a vacuum generation unit in order to be able to drive on inclined solar modules using the generated suction force.
  • the cleaning robot has a width in a range from 20 cm to 40 cm and/or a length in a range from 25 cm to 50 cm.
  • the cleaning robot has at least one cleaning unit.
  • a “cleaning unit” is in particular a device and/or detachable cleaning attachment for cleaning a surface of a solar module.
  • the cleaning unit is preferably a dry cleaning device, such as a rotating brush. However, it can alternatively or additionally also be a device using wet cleaning by means of water and/or a cleaning solution
  • the cleaning unit can also have an ultrasonic oscillator.
  • a "flying drone” is, in particular, an unmanned aerial vehicle that can be operated and navigated independently by a computer or remotely from the ground.
  • a flying drone can be a multicopter that has several vertical or has rotors or propellers that act almost vertically downwards. In particular, the flying drone has two to eight rotors.
  • the flying drone has in particular a rechargeable battery or other energy storage device, which can be charged via a coupling with the charging station.
  • the dimensions and/or weight of the Flying drone is or are particularly interested in the Adjusted the dimensions and/or the weight of the cleaning robot.
  • the "charging station” is in particular a permanently or variably installed station, which is used to charge the flying drone and/or a cleaning robot and is itself supplied with power via an electrical supply line to the power grid or independently, for example, using photovoltaic modules.
  • the charging station can be designed as a garage, for example into which the cleaning robot moves automatically in order to charge itself.
  • the flying drone can be charged, for example, by landing on the roof of the charging station designed as a garage, for example by establishing an electrical plug connection or inductively.
  • the charging station has in particular a unit for conductive and /or inductive charging of accumulators or other energy stores.
  • the charging station can also be integrated in a central station which has additional functions, such as for deployment planning and communication.
  • a "magnetic device” is, in particular, a device which uses magnetic force to cause the flying drone and the cleaning robot to be coupled or decoupled to one another.
  • the magnetic holding force of the magnetic device is designed in particular in such a way that the cleaning robot is also securely coupled during the flight of the flying drone and /or is held.
  • a mechanical and/or electrical detachable coupling is also provided at the same time by means of the magnetic device.
  • the magnetic device can be designed in particular in such a way that when the flying drone approaches an electrical plug connection between the flying drone and the cleaning robot is specifically formed on the cleaning robot due to the magnetic attraction.
  • a plug can be arranged on the flying drone and a socket on the cleaning robot or vice versa.
  • an accumulator of the cleaning robot can also be charged directly by the drone during the flight via this electrical plug connection, without the cleaning robot having to be brought from the drone to the charging station.
  • a mechanical coupling can involve an additional mechanical coupling element and/or locking element assigned to the magnetic device.
  • the magnetic device is preferably formed directly between an underside of the flying drone and an upper side of the cleaning robot, in particular at least partially flat.
  • a "passable surface” is in particular any type of surface that can be driven on by the cleaning robot.
  • the driveable surface can be the surface of a solar module or several solar modules, a glass roof and/or the floor trade the solar panels around or in the charging station.
  • the cleaning device has a second cleaning robot, a third cleaning robot, a fourth cleaning robot and/or further cleaning robots.
  • a single drone can transport several cleaning robots one after the other and take them to their respective locations. Accordingly, the solar modules of the solar system can be cleaned by several cleaning robots at the same time. It is particularly advantageous here that the multiple cleaning robots are transported staggered in time by the flying drone to their respective place of use and can therefore also be charged one after the other at the charging station at different times.
  • the drone preferably localizes the multiple robots using an automated method and automatically transports, couples and decouples them.
  • a "second, third, fourth and/or additional cleaning robot” is a cleaning robot as defined above in terms of design and function.
  • the magnetic device has a magnet or several magnets or a magnetic component
  • the flying drone having the Magnets or the plurality of magnets and the respective cleaning robot has the magnetic component or vice versa.
  • one component of the magnetic device is preferably arranged on the underside of the drone and the corresponding counter-component of the magnetic device is arranged on the upper side of the cleaning robot.
  • the coupling can take place in a defined alignment of the flying drone to the cleaning robot, especially by means of several magnets preferably arranged on the flying drone, so that this exact positioning can also be used to form a mechanical and/or electrical connection between components of the flying drone and the cleaning robot.
  • a holding force of the magnetic device can be adjusted in a targeted manner by the type, strength and/or arrangement of the one magnet or the plurality of magnets and the magnetic component.
  • a "magnet” is in particular a body that generates a magnetic field in its environment.
  • a magnet is in particular a permanent magnet (also called permanent magnet) or an electromagnet.
  • the magnetic attraction and/or repulsion can also a current flow can be set through at least one coil of the electromagnet.
  • the magnet can also be a switchable magnet Act permanent magnets, for example made of neodymium-iron-boron.
  • a "magnetic component” is, in particular, a magnetic material and/or a magnetic, in particular ferromagnetic, body.
  • the housing of the cleaning robot itself can represent the magnetic component due to its magnetic material, or the cleaning robot can, for example, be a metal plate as a magnetic body, which is attracted by the at least one magnet of the flying drone for a targeted approach and alignment of the flying drone and the cleaning robot are arranged opposite one another on and/or in the flying drone and the cleaning robot.
  • the magnet or magnets is a permanent magnet and/or an electromagnet.
  • the magnetic force acts continuously or, in the case of an electromagnet, can be switched on and/or off in a targeted manner.
  • the electromagnet is preferably switched off when there is no coupling between the flying drone and a cleaning robot.
  • the coupling and decoupling can be done in a targeted manner Switching the current flow are supported by the electromagnet.
  • the magnetic device In order to switch the magnetic force on and/or off in a targeted manner, preferably in the case of a permanent magnet, the magnetic device has a deactivation unit for deactivating a magnetic force of the magnet or magnets.
  • a "deactivation unit” is in particular a component of the magnet device which neutralizes a magnetic force of the magnet or magnets.
  • the deactivation unit has, for example, an electrical winding which is arranged above and/or around the permanent magnet in order to Neutralize permanent magnets by superimposing the two magnetic fields.
  • the inactivation unit with a permanent magnet is particularly advantageous because electrical power is only required for the decoupling process between the flying drone and the cleaning robot and, as a result, the existing energy, for example battery energy, can be better used compared to an electromagnet with a constant current flow to maintain the magnetic force and thus the efficiency and range of the flying drone and/or the cleaning robot can be increased.
  • individual magnets can be neutralized in a targeted manner.
  • the drone Because the decreasing magnetic force counteracts the buoyancy force by switching off the several magnets one after the other, the drone is not suddenly decoupled from the cleaning robot if the propeller is already in operation, but can slowly detach itself from it and rise into the air. This increases the safety of the flying drone and prevents the flying drone from wobbling and/or an accident during ascent.
  • the magnetic device has a force sensor for detecting an approach between the flying drone and the respective cleaning robot.
  • the mutual attraction between the drone and the cleaning robot is detected by a force sensor and/or a magnetic sensor, which is preferably arranged in the magnetic surface of the drone and/or the cleaning robot.
  • a “force sensor” is in particular a sensor that measures a force that acts on the sensor.
  • a force sensor measures in particular a compressive force and/or a tensile force.
  • a force sensor can be, for example, a piezo force transducer or a act electrodynamic force transducer.
  • a “magnetic sensor sensor” is in particular a sensor which measures the pressure and/or tension through the action of force on a magnet cross-section.
  • the magnetic device can have a guide mount and a receiving element, the receiving element being mechanically connectable in and/or on the guide mount and the flying drone having the guide mount and the respective cleaning robot has the receiving element or vice versa.
  • the guide receptacle also serves as a catching device for the receiving element during coupling.
  • the guide receptacle can have, for example, a funnel shape that narrows conically upwards, in which the receiving element can be accommodated and guided to a narrowed section of the funnel, where the receiving element is mechanically fixed, for example.
  • the shape of the guide mount supports the release of the receiving element from and/or out of the guide mount in the opposite direction during decoupling.
  • the guide mount which can be connected to one another, and the receiving element, in addition to a supplementary arrangement, can also be used as an alternative to the magnetic device only to form a mechanical connection.
  • the mechanical connection can then lock and thus the receiving element is locked in the guide receptacle by means of a magnetic device.
  • the "guide mount” is in particular a component in and/or on which a receiving element can be mechanically connected.
  • the guide mount is shaped in particular in such a way that when the flying drone approaches the cleaning robot, for example, the receiving element arranged on the cleaning robot is targeted and directed in the
  • the guide mount of the flying drone is accommodated and is mechanically lockable.
  • the guide mount can be arranged inside the flying drone and/or outside of the flying drone.
  • the guide mount can also be fastened, for example, to the underside of the flying drone.
  • the guide mount has in particular a shape which the receiving element inside of the guide mount and guides it during coupling and decoupling.
  • the guide mount has, for example, a conical and/or funnel-shaped shape, which has a larger cross-sectional area on the outside and/or underside than at the conical tip conical guide seat recorded receiving element successively passed through the conical shape to the top of the guide seat.
  • the fact that the flying drone preferably has the guide mount and, when approaching, the receiving element of the cleaning robot is received inside, in particular in the cavity, of the guide mount and can only move there, damage to the solar modules, the cleaning robot and/or the
  • the "receiving element” can in particular be any mechanical connecting element.
  • a receiving element can be designed, for example, as a snap hook, S-hook, differently shaped hook, bracket and/or ring.
  • the receiving element can have a solid material
  • the receiving element can be fixed in particular in and/or on the guide receptacle by means of a locking element, for example a locking rod.
  • the receiving element can be movably mounted on the cleaning robot, in particular on an upper side of the cleaning robot, by means of a bearing element, for example a rotary joint.
  • the receiving element Due to the movable bearing If the receiving element is too close to the guide receptacle, it can be easily pushed away by a wall of the guide receptacle and thus aligned if the receptacle element is not received centrally in relation to the guide receptacle yen. Likewise, the receiving element can at least partially have an elastic material in order to avoid damage during coupling and/or decoupling.
  • the receiving element mechanically connected in and/or on the guide receptacle can be fixed and released by means of the magnetic device.
  • a magnetic locking device for the received receptacle is provided. Consequently, alternatively or additionally, in addition to holding by the Magnetic force can also be used to mechanically hold the coupled cleaning robot on the flying drone. This enables a secure mechanical connection between the flying drone and the cleaning robot, which can be locked and released by means of the magnetic device.
  • the cleaning device can have a central station for communication and/or data exchange and/or for operational planning of the flying drone and the respective cleaning robot, or the cleaning device is the assigned to the central station.
  • the drone can, for example, communicate its current position, the state of charge of the energy storage device and its readiness to fly to the central station, while the central station transmits the target position and the respective transport task, such as delivering a cleaning robot to a solar module to be cleaned or picking up the cleaning robot, to the drone .
  • the respective cleaning robot can transmit its actual position, its charging status and its readiness for cleaning to the central station, while the central station transmits to the respective cleaning robot its target position to be approached, a target route or target route section as well as the task to be completed, such as cleaning or driving back to the charging station, transmits.
  • a position exchange preferably takes place by means of sensors and a direct communication device for the coupling or decoupling.
  • the "central station” is in particular a station which is arranged inside the solar system or outside the solar system.
  • the central station can in particular also have the charging station.
  • the central station is in particular permanently positioned or transportable, in the In the latter case, however, it is preferably temporarily fixed.
  • the central station also represents a reference point for a position detection system.
  • the central station has, in particular, a data processing device and/or data storage device.
  • the central station is used in particular for communication within the solar system and can also be Communicate with the outside world, for example to report a service requirement to the operator of the solar system or to be remotely controlled.
  • a dispatcher algorithm works on the data processing device of the central station, which controls, regulates and/or manages the use of the robots and drones based on the transmitted data and the system situation.
  • This algorithm also takes external information into account when making decisions in order to optimize the behavior and lifespan of the cleaning device. This is, for example, information about Wind speed from additional external sensors to avoid damage to the cleaning device and to send the cleaning robot and the flying drone back to the charging station in a storm, for example.
  • solar radiation and performance data of the various strands or partial areas of the solar system can be taken into account, for example to calculate a priority for cleaning and to implement it in the operational planning.
  • precipitation information can be taken into account in the algorithm in order to exploit an additional cleaning effect through rain when cleaning by the cleaning robot.
  • the algorithm continuously adapts to the circumstances and adaptively generates an optimum.
  • the flying drone has a camera, a distance and/or speed measuring device, a position detection device, a control device for flight path optimization and/or a communication unit for communicating with the cleaning robot and/or the central station.
  • the position can be detected, for example, by means of DGPS (Differential Global Positioning System), DGNSS (Differential Global Navigation Satellite System), or preferably by means of RTK (Real Time Kinematic) or by comparing camera images with stored images of the surroundings.
  • the control device can be used to optimize the flight path using intelligent control algorithms Considering the conditions of the flight drone, such as the state of charge, and the solar system, such as cleaning surfaces and dirt, as well as environmental conditions such as the weather. This results in an optimization of the cleaning process, in which the flight times of the flying drone or flying drones is or will be shortened.
  • the flying drone can also have multiple cameras and/or sensors.
  • a distance and/or speed measuring device is, for example, a device using the LiDAR method.
  • positioning between the flying drone, cleaning robot and/or central station can be carried out using optical methods such as cameras or LiDAR.
  • Optical identification signs such as lights or ArUco markers can be used here.
  • a "control device” is understood in particular to mean a device which feeds back a status value and sets a control value in each case.
  • the flight path can thus be optimized and/or controlled by means of the control device.
  • a "communication unit” is in particular a radio module as a receiver and/or transmitter.
  • the communication unit receives and/or sends signals using modulated electromagnetic waves in the radio frequency range, using Bluetooth, wireless LAN or RFID.
  • modulated electromagnetic waves in the radio frequency range, using Bluetooth, wireless LAN or RFID.
  • Bluetooth for example, an ISM -Band with a frequency of 433 MHz, 868 MHz or 2.4 GHz for communication be used.
  • Cellular communication using GPRS, UMTS or LTE can also be used.
  • the respective cleaning robot has a pressing unit for pressing the cleaning unit against a surface of the solar module to be cleaned.
  • the cleaning unit thus rests optimally against the surface to be cleaned, even if the surface to be cleaned is uneven and/or has a steep incline.
  • the cleaning robot has a control device for running time optimization, a proximity sensor for detecting a dimension of the solar module to be cleaned and/or a communication unit for communicating with the flying drone, further flying drones, a further cleaning robot, further cleaning robots and/or the central station.
  • a chaotic specification of a driving angle can be made, at which the cleaning robot drives to the end of the area to be cleaned during the continuous cleaning.
  • the end of the surface to be cleaned can be detected, for example, by means of a proximity sensor based on IR or ultrasound.
  • a new starting angle is determined by chance or heuristic.
  • the cleaning robot then travels again to another end of the area to be cleaned, whereupon a new default angle is set and the route specified thereby is traveled again.
  • the advantage of this method is the simple control, as the direction of travel is selected and followed according to the specified angle.
  • the disadvantage here is that some sub-areas may not be cleaned, while other sub-areas are cleaned several times and there is no defined end to the cleaning process.
  • the cleaning robot can scan the surroundings using optical methods such as cameras or LiDAR and use computing methods such as edge or pattern recognition and/or edge extrapolation to determine target points that can be used for route control.
  • a specification is made taking into account the knowledge of the surface profile and the precalculation of a target path by means of the control device by calculating partial route points, which can be calculated by the central station and/or the control device of the cleaning robot.
  • the area points are saved and serve as target target points, which can also be adjusted by the cleaning robot by means of an adaptive inspection and processing of the route. For example, gaps, holes or obstacles in the area to be cleaned can be saved and avoided.
  • control device and the communication unit of the respective cleaning robot is as defined above Control device and communication unit, but the cleaning robot has the control device and/or the communication unit.
  • the object is achieved by a method for automatically cleaning solar modules of a solar system using a mobile cleaning robot for cleaning the solar modules and a flying drone for transporting the cleaning robot, the at least one cleaning robot and the flying drone being a magnetic device can be coupled and decoupled with one another, with the following steps:
  • a spatial target cone can be reached in which the flying drone recognizes the cleaning robot, the target cone being determined by camera images and/or LiDAR.
  • the approximation process can also take place by means of a controlled approximation, with the cleaning robot being located in the center of the image and/or the target cone as the control target.
  • a reference flight is carried out using the drone with a camera to record images of the solar system and/or to determine areas to be cleaned using coordinate points.
  • a camera attached to the flying drone takes a very large number of digital photographs, which are converted into a three-dimensional space, for example a point cloud, or into surfaces using an algorithm. These areas are described by coordinates, which can be defined as relative or absolute coordinates of the system points describe the body to be cleaned or the surfaces to be cleaned.
  • All photographs taken during the flight are stored in the camera or in a central computer connected to the central station, for example by radio, with the associated positions and angles.
  • the positions and angles of the camera are so numerous that the solar system to be cleaned is photographed from many angles with a coverage of 360° in angular steps and from different heights, from relative ground level to a bird's eye view, in height steps.
  • the angle adjustment up/down and right/left of the camera can be done by the camera positioning drives or by the control device of the flying drone.
  • a rough positioning of the camera can be done by global satellite positioning, such as GPS, when taking the photographs.
  • Exact positioning is achieved by installing at least one additional reference point, which allows centimetre-precise spatial positioning, for example via RTK.
  • the areas to be cleaned can be marked by manual processing.
  • the areas of a solar system to be cleaned defined in this way and their exact positions are then available in spatial coordinates for operational planning.
  • the positions of the space of the solar system to be cleaned and the associated points and areas serve as coordinate points, which are used for cleaning.
  • the coordinates relate to reference values, which can be fixed reference points on the system to be cleaned, for example the central station, or global coordinates.
  • Figure 1 is a highly schematic sectional view of a cleaning device with a drone and a means of a magnetic device coupled cleaning robot
  • FIG. 2 shows a highly schematic sectional view of the magnet device with an electromagnet
  • Figure 3 shows a highly schematic sectional view of an alternative of the magnet device with a permanent magnet and a winding
  • FIG. 4 shows a highly schematic representation of an alternative cleaning device with a drone and a cleaning robot with a magnetic device for locking
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an area plan of a solar power plant.
  • a cleaning device 101 has a drone 103 and a cleaning robot 105, the drone 103 and the cleaning robot 105 being operable independently of one another.
  • the drone 103 has a body 107 and a boom 113 .
  • the drone 103 is designed as a quadrocopter with four rotors 117 (only the two front rotors 117 are visible in FIG. 1).
  • the rotors 117 are each connected to the cantilever 113 via an electric motor 115 .
  • the cantilever 113 and the housing 107 are supported by a frame 109 .
  • a flight controller 123 is arranged in the housing 107 .
  • the frame 109 has a Battery 121 and an acceleration sensor 119 on. Below the frame 109 landing skids 111 are arranged on both sides.
  • the upper side of the cleaning robot 105 is coupled to the underside of the drone 103 by means of a magnetic device 141 between the landing skids 111 (see coupled state in FIG. 1).
  • the drone 103 and the cleaning robot 105 can be coupled and decoupled to one another by means of the magnetic device 141 .
  • the autonomously drivable cleaning robot 105 has wheels 131 on both sides and a rotatable brush 133 arranged between them for cleaning a surface of a solar module. Furthermore, the cleaning robot 105 has a proximity sensor 135 . A swiveling camera 125 is arranged on the outside of the frame 109 of the drone 103 in front of the cleaning robot 105 .
  • the cleaning robot 105 has a body 153 made of ferromagnetic material inside on its upper side (see FIG. 2).
  • the drone 103 has an electromagnet 143 with a winding 145 .
  • the ferromagnetic body 153 and the electromagnet 143 with the winding 145 form the magnet device 141 .
  • a pressure sensor 151 is arranged below the electromagnet 143 of the drone 103 .
  • the electromagnet 143 can be switched on by means of a voltage 149 when a current 147 is flowing. In the decoupled state, the electromagnet 143 is switched off.
  • the cleaning device 101 is used to carry out the following work processes in a solar power plant 201:
  • the drone 103 flies from above towards the cleaning robot 105 standing on the floor, maintaining a safe distance.
  • a flow of the current 147 is initiated and thus the electromagnet 143 is activated due to the current-carrying winding 145.
  • the drone 103 then slowly approaches the cleaning robot 105 from above until an attractive force 155 between the ferromagnetic body 153 and the electromagnet 143 is sufficient to couple the drone 103 to the cleaning robot 105 .
  • the pressure sensor measures the force acting on the magnet cross-section of electromagnet 143.
  • the drone 103 rises with the coupled cleaning robot 105 and flies the cleaning robot 105 to a solar module to be cleaned, not shown.
  • the drone 103 with the coupled cleaning robot 105 approaches an exact target position on the solar module to be cleaned.
  • the magnetic device 141 is switched off by interrupting the current flow 147 through the winding 145 of the electromagnet 143 and, as soon as the cleaning robot comes into contact with the surface of the solar module to be cleaned, the drone 103 is completely decoupled from the cleaning robot 105 by means of the magnetic device 141.
  • the contact of the cleaning robot 105 with the surface to be cleaned is made by means of the Flight controller 123 registered due to the no longer changing position of the drone 103 and by a higher pressure of the pressure sensor 151.
  • the cleaning robot 105 After the cleaning robot 105 has been set down, it autonomously meanders along the surface of the solar module to be cleaned, which is simultaneously cleaned by the rotating brush 133 .
  • the cleaning robot 105 recognizes the respective edge of the solar module by means of the proximity sensor 135 and automatically changes its direction of movement for further cleaning. Meanwhile, drone 103 flies on another mission.
  • the drone 103 has a permanent magnet 163 instead of the electromagnet 143, which is surrounded by a winding 145 (see FIG. 3). Otherwise, the magnetic device 141 is designed as described above for FIG.
  • the permanent magnet 163 has a north pole 165 and a south pole 167 . Due to the use of the permanent magnet 163 there is a constant attractive force 155 which is used for coupling as described above.
  • a cleaning robot 105 has a snap hook carrier 172, which is connected to a snap hook 171 via a joint 173.
  • a drone 103 has a hopper 175 , a pressure sensor 151 at an upper end of the hopper 175 , and a locking bar 177 .
  • the locking rod 177 is wrapped with a winding 145 which can be energized when a voltage 149 is applied.
  • the locking rod 177 and the winding 145 form a magnet device 141 .
  • the receiving funnel 175 is designed with a larger cross-section on its underside and runs conically up to the locking rod 177 upwards. Then the receiving funnel 175 above the locking rod 177 has a shape that opens in the opposite direction, so that the snap hook 171 does not pose a resistance during decoupling.
  • the snap hook 171 is designed to be movable in a pivoting movement 181 by means of the joint 173 in order to ensure damage to the inside of the receiving funnel 175 and targeted insertion of the pivoting hook 171 into the interior of the receiving funnel 175 when the drone 103 and the cleaning robot 105 are coupled .
  • the hinge 173 may be omitted and the snap hook 171 formed of an elastic material to allow for deformation upon coupling.
  • the drone 103 flies to a predetermined position above the cleaning robot 105, the ferromagnetic locking rod 177 being in an open state and having previously moved by means of a locking movement 179 to the right outside the interior of the receiving funnel 175 (Fig. 4) .
  • the drone 103 slowly continues to descend in the direction of the cleaning robot 105 , as a result of which the snap hook 171 is slowly received in the receiving funnel 175 .
  • the snap hook 171 can be moved in the pivoting movement 181 by means of the joint 173 so that it is guided upwards centrally through the center of the receiving funnel 175 due to the tapering conical shape of the receiving funnel 175 without damaging the receiving funnel 175 .
  • the pressure sensor 151 which is designed as a strain gauge, it is registered due to a change in pressure that the snap hook 171 has been inserted far enough into the receiving funnel 175.
  • the winding 145 is then energized by applying a voltage 149 and the locking rod 177 performs a locking movement 179 to the left, whereby the snap hook 171 is locked within the receiving funnel 175 by the locking rod 177 and a secure mechanical connection is formed between the drone 103 and the cleaning robot 105 (see coupled state in Figure 4).
  • the locking rod 177 is correspondingly opened again and the drone 103 can fly up, where the snap hook 171 is guided out of the receiving funnel 175 again as the drone 103 ascends.
  • the solar power plant 201 has a centrally located central station 203 with a charging station.
  • a reference flight of the drone 103 an area plan of the solar power plant 201, shown in FIG.
  • This data is used by means of a dispatcher algorithm of the central station 203 in order to carry out a cost-optimized route and time calculation for the use of the drone 103 and for the cleaning robot 105 .
  • a cleaning device 101 is thus provided in which a drone 103 and a cleaning robot 105 can be operated and/or loaded independently of one another at the same time after the cleaning robot 105 has been transported to the solar module to be cleaned by means of the drone 103.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage, wobei die Reinigungsvorrichtung zumindest einen ersten fahrbaren Reinigungsroboter mit einer Reinigungseinheit zum Reinigen der Solarmodule und eine Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters und/oder eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne und/oder des mindestens einen Reinigungsroboters aufweist, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne lösbar miteinander koppelbar sind, und der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne mittels einer Magneteinrichtung miteinander koppelbar und entkoppelbar sind, sodass im gekoppelten Zustand der mindestens eine Reinigungsroboter mittels der Flugdrohne transportierbar und auf einer befahrbaren Fläche und/oder auf einem zu reinigenden Solarmodul absetzbar ist.

Description

Reinigungsvorrichtung zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage
[01] Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens einen ersten fahrbaren Reinigungsroboter mit einer Reinigungseinheit zum Reinigen der Solarmodule und eine Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters und/oder eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne und/oder des mindestens einen Reinigungsroboters aufweist, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne lösbar miteinander koppelbar sind.
[02] Solarmodule, vor allem in Photovoltaik- Freiflächenanlagen, benötigen eine regelmäßige Reinigung, um eine hohe Anlageneffizienz und einen hohen Ertrag der Anlage zu gewährleisten. Im Falle einer Anlage mit Solartischen als Teilflächen ist es beispielsweise bekannt, ein auf Schienen fahrbares Reinigungsgerät direkt am Tischgestell anzuordnen oder ein Reinigungsfahrzeug mit einem bewegbaren Reinigungsarm am Boden zwischen den Solartischen fahren zu lassen. Ebenso ist es bekannt, einen Roboter händisch von einer Person zum Solartisch zu bringen, um diesen anschließend auf dem Solartisch zur Reinigung fahren zu lassen.
[03] Die WO 2015/150529 Al offenbart eine Reinigungsdrohne basierend auf einer Multicopter-Flugplattform, bei dem die Reinigungseinrichtung fest mit der Drohne verbunden ist. Elektrische Batterien, ein Reinigungslösungstank und ein Abwassertank können in einem lösbaren Frachtpaket angeordnet sein, welches mittels einer elektromagnetischen Befestigungsvorrichtung an der Unterseite der Reinigungsdrohne zum Ergreifen und/oder Lösen des Frachtpaketes befestigbar ist.
[04] In der DE 10 2019 115 647 Al wird eine Drohne zum Transport einer autonomen Reinigungsvorrichtung und zum Absetzen dieser auf einem Rahmen eines Photovoltaikmoduls beschrieben, wobei die technische Ausführung der Kupplung nicht detaillierter offenbart ist.
[05] In der WO 2016/004914 Al wird ein Flugkörper mit einem Reinigungskopf direkt zum Reinigen von Oberflächen eines Solarkraftwerkes eingesetzt, wobei mittels eines Sensorsystems geometrische Eigenschaften eines Objektes erfasst und zur Ausrichtung des Flugkörpers zu dem zu reinigenden Objekt verwendet werden.
[06] Aus der KR 102018 0 134 710 A sind ein Fluggerät und ein Reinigungsroboter zum Reinigen von Photovoltaikmodulen bekannt, wobei an der Unterseite des Fluggerätes eine Kabelaufwicklungseinheit mit einem Kabel angeordnet ist. Am unteren Ende des Kabels ist eine erste Verbindungseinheit angeordnet, welche gesteuert von einem Prozessor des Fluggerätes durch Herablassen des Kabels mittels der Kabelaufwicklungseinheit mit einer zweiten Verbindungseinheit des Reinigungsroboters reversibel verbindbar ist. Die erste Verbindungseinheit kann als Elektromagnet ausgebildet sein. Neben dem Herablassen und Heraufziehen der ersten Verbindungseinheit und der Spannungsversorgung des Elektromagneten dient das Kabel auch zum Datenaustausch zwischen dem Reinigungsroboter und dem Fluggerät.
[07] Die CN 111 420 904 A beschreibt eine fliegende mobile Reinigungsvorrichtung für Solarzellenpanels mit einem ferngesteuerten unbemannten Luftfahrzeug und einem Reinigungswischroboter, wobei an der Unterseite des Luftfahrzeug ein Stoßkegel verbunden mit einem Zugdraht angeordnet ist, wobei der Stoßkegel in ein konisches Stoßfugenloch einer Aufsitzplatte des Reinigungswischroboters aufnehmbar ist und das Ende des Zugdrahtes mit einem steuerbaren Aufwicklungsrad des Reinigungswischroboters verbunden ist. Der Stoßfugenkegel ist mittels einer elektromagnetischen Verschlussschnalle mit einer Stoßfugenplattform des Luftfahrzeuges verbunden. Neben dem Zugdraht sind weitere Aufhängungsseile zwischen dem Luftfahrzeug und dem Reinigungswischroboter angeordnet, welche nach einem Anheben dafür sorgen, dass der Reinigungswischroboter immer in einem horizontalen Zustand gehalten wird.
[08] Nachteilig bei den bekannten Fluggeräten mit herunterhängenden Kabeln, Drähten und/oder Seilen ist, dass diese sich aufgrund der schwierigen Positionierbarkeit bei einer Annäherung an den Reinigungsroboter verfangen und/oder ungewollt hin- und herschlagen können, wodurch es zu einer Beschädigung des Reinigungsroboters und/oder der Photovoltaikmodule kommen kann. [09] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
[10] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Reinigungsvorrichtung zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens einen ersten fahrbaren Reinigungsroboter mit einer Reinigungseinheit zum Reinigen der Solarmodule und eine Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters und/oder eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne und/oder des mindestens einen Reinigungsroboters aufweist, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne lösbar miteinander gekoppelt sind, und der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne mittels einer Magneteinrichtung miteinander koppelbar und entkoppelbar sind, sodass im gekoppelten Zustand der mindestens eine Reinigungsroboter mittels der Flugdrohne transportierbar und auf einer befahrbaren Fläche und/oder auf einem zu reinigenden Solarmodul absetzbar ist.
[11] Somit wird eine Reinigungsvorrichtung bereitgestellt, bei der sowohl die Flugdrohne als auch der Reinigungsroboter flexibel einsetzbar sind. Es ist besonders voreilhaft, dass die Flugdrohne und der Reinigungsroboter unabhängig und autonom voneinander operieren können, sobald der Reinigungsroboter auf dem zu reinigenden Solarmodul oder auf dem befahrbaren Boden abgesetzt ist. Durch den autonomen Betrieb der Flugdrohne und des fahrbaren Reinigungsroboters als den beiden Hauptkomponenten der Reinigungsvorrichtung wird eine effiziente, kostengünstige und kontinuierliche Reinigung der Solarmodule bereitgestellt, welche nur einen geringen Personaleinsatz für ergänzende Tätigkeiten, wie beispielsweise die Wartung der Reinigungsvorrichtung, jedoch nicht für die Reinigung selbst erfordert. Dadurch werden eine hohe Anlageneffizienz und ein hoher Ertrag der Solar- Anlage durch eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Reinigung der Solarmodule ermöglicht. Dies ist insbesondere an Standorten mit hohen Personalkosten und einer hohen Verschmutzung, beispielsweise durch Sandverwehungen, vorteilhaft . Im Vergleich zu gängigen Reinigungsverfahren kann mit der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung eine Kostenreduktion abhängig von den allgemeinen Kosten in dem jeweiligen Land von bis zu 90 % erreicht werden.
[12] Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass durch einfache und schnelle Koppel- und Entkoppelbarkeit der Flugdrohne und des Reinigungsroboters mittels der Magneteinrichtung ein flexibler automatisierter und zeiteffizienter Betrieb sowohl der Flugdrohne als auch des Reinigungsroboters frei von der Flugphase unabhängig durchführbar ist. Hierbei dient die Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters zu und von dem jeweils zu reinigenden Solarmodul, zum nächsten zu reinigenden Solarmodul oder zur Ladestation zum Aufladen des Reinigungsroboters. Dadurch, dass der Reinigungsroboter ein Solarmodul/-tisch selbsttätig reinigt, kann die Flugdrohne währenddessen an der Ladestation aufgeladen werden oder einen zweiten Reinigungsroboter transportieren. Zudem ist es vorteilhaft, dass die Flugdrohne sich aufgrund der Magneteinrichtung von oben und/oder von der Seite an den aufzunehmenden Reinigungsroboter annähern kann. Das Koppeln und/oder Entkoppeln erfolgt gerade frei von einer Kabel-, Draht- und/oder Seilverbindung und/oder frei von einer zusätzlichen mechanischen Verbindung außerhalb der Magneteinrichtung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter, sodass Beschädigungen des Reinigungsroboters und/oder der Solarmodule vermieden werden. Die Magneteinrichtung bildet insbesondere direkt die einzige elektrische und/oder mechanische Verbindung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter aus.
[13] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[14] Eine „Reinigungsvorrichtung" ist insbesondere eine Vorrichtung, welche zur Reinigung der Oberflächen von Solarmodulen einer Solar-Anlage dient. Selbstverständlich kann die Reinigungsvorrichtung auch zum Reinigen anderer Oberflächen, wie beispielsweise eines Glasdaches, verwendet werden. Die Reinigungsvorrichtung weist mindestens zwei Komponenten, die Flugdrohne und den fahrbaren Reinigungsroboter, auf. Optional weist die Reinigungsvorrichtung eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne und/oder des Reinigungsroboters auf.
[15] Ein „Solarmodul" (auch „Photovoltaikmodul") wandelt insbesondere Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Dazu weist das Solarmodul insbesondere Solarzellen auf, welche in Reihe oder in paralleler Anordnung geschaltet sind. Die Solarzellen des Solarmoduls können in einem Rahmen montiert und/oder von einer Glasplatte abgedeckt sein. Bevorzugt ist das Solarmodul starr ausgeführt, um eine Befahrbarkeit durch den Reinigungsroboter zu gewährleisten. Die zu reinigende Oberfläche des Solarmoduls kann horizontal und somit parallel zum Boden oder in einem festen oder veränderlichen Neigungswinkel zum Boden ausgerichtet sein.
[16] Eine „Solar-Anlage" (auch „Photovoltaik- Freiflächenanlage" oder „Photovoltaik-Gebäudeanlage" oder „Solarkraftwerk" genannt) ist insbesondere eine Anlage, in welcher Solarmodule einzeln oder als Gruppe verschaltet sind. Eine Solar-Anlage steht insbesondere als Freiflächenanlage frei in einer Landschaft oder ist an einem Gebäude angebracht. Bevorzugt steht die Solar-Anlage ebenerdig oder auf einem Gestell auf einer freien Fläche. Auch kann die Solar-Anlage an einem Gebäude beispielsweise auf dessen Dachflächen befestigt sein. Die Solar-Anlage weist insbesondere eine Rahmenkonstruktion auf, durch welche die Solarmodule in einem optimalen Winkel zur Sonne ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der Solarmodule kann aber auch automatisch dem Stand der Sonne nachgeführt werden.
[17] Ein „Reinigungsroboter" ist insbesondere ein Serviceroboter, welcher selbsttätig eine Oberfläche reinigt. Hierzu befährt der Reinigungsroboter insbesondere autonom die zu reinigende Oberfläche und führt zeitgleich die Reinigung mittels der Reinigungseinheit durch. Zum Fahren weist der Reinigungsroboter ein Rad oder mehrere Räder oder einen Ketten-/Raupenantrieb auf. Die Räder oder die Ketten/Raupen sind insbesondere getrennt motorisiert und/oder ansteuerbar. Der Reinigungsroboter weist insbesondere einen Akkumulator oder einen anderweitigen Energiespeicher und/oder einen Sensor oder mehrere Sensoren auf. Des Weiteren kann der Reinigungsroboter auch eine Unterdruckerzeugungseinheit aufweisen, um durch die erzeugte Saugkraft auch auf schräg geneigten Solarmodulen fahren zu können. Der Reinigungsroboter weist insbesondere eine Breite in einem Bereich von 20 cm bis 40 cm und/oder eine Länge in einem Bereich von 25 cm bis 50 cm auf. Der Reinigungsroboter weist mindestens eine Reinigungseinheit auf.
[18] Bei einer „Reinigungseinheit" handelt es sich insbesondere um ein Gerät und/oder lösbaren Reinigungsaufsatz zum Reinigen einer Oberfläche eines Solarmoduls. Bei der Reinigungseinheit handelt es sich bevorzugt um ein Trockenreinigungsgerät, wie beispielsweise eine rotierende Bürste. Jedoch kann es sich alternativ oder ergänzend auch um ein Gerät unter Verwendung einer Nassreinigung mittels Wasser und/oder einer Reinigungslösung handeln. Die Reinigungseinheit kann auch einen Ultraschallschwinger aufweisen.
[19] Eine „Flugdrohne" ist insbesondere ein unbemanntes Luftfahrzeug, welches autark durch einen Computer oder ferngesteuert vom Boden aus betrieben und navigiert werden kann. Bei einer Flugdrohne kann es sich um einen Multicopter handeln, welcher über mehrere in einer Ebene angeordnete, senkrecht oder annähernd senkrecht nach unten wirkende Rotoren oder Propeller aufweist. Insbesondere weist die Flugdrohne zwei bis acht Rotoren auf. Die Flugdrohne weist insbesondere einen Akkumulator oder einen anderweitigen Energiespeicher auf, welcher über eine Kopplung mit der Ladestation aufladbar ist. Die Abmessungen und/oder das Gewicht der Flugdrohne ist oder sind insbesondere an die Abmessungen und/oder das Gewicht des Reinigungsroboters angepasst.
[20] Die „Ladestation" ist insbesondere eine fest oder variabel installierte Station, welche zum Laden der Flugdrohne und/oder eines Reinigungsroboters dient und selbst über eine elektrische Zuleitung zum Stromnetz oder autark über beispielsweise Photovoltaikmodule versorgt wird. Die Ladestation kann beispielsweise als Garage ausgeführt sein, in welche der Reinigungsroboter selbsttätig fährt, um sich aufzuladen. Die Flugdrohne kann beispielsweise durch Landen auf dem Dach der als Garage ausgebildeten Ladestation, beispielsweise über Herstellung einer elektrischen Steckverbindung oder induktiv, geladen werden. Dazu weist die Ladestation insbesondere eine Einheit zum konduktiven und/oder induktiven Laden von Akkumulatoren oder anderen Energiespeichern auf. Die Ladestation kann auch in einer Zentralstation integriert sein, welche weitere Funktionen, wie zur Einsatzplanung und Kommunikation, aufweist.
[21] Eine „Magneteinrichtung" ist insbesondere eine Einrichtung, welche mittels Magnetkraft bewirkt, dass die Flugdrohne und der Reinigungsroboter miteinander koppeln oder entkoppeln. Die magnetische Haltekraft der Magneteinrichtung ist insbesondere derart ausgelegt, dass der Reinigungsroboter auch während des Fluges der Flugdrohne sicher gekoppelt und/oder gehalten ist. Bevorzugt wird mittels der Magneteinrichtung gleichzeitig auch eine mechanische und/oder elektrische lösbare Kopplung bereitgestellt . Dazu kann die Magneteinrichtung insbesondere derart ausgebildet sein, dass bei Annäherung der Flugdrohne an den Reinigungsroboter aufgrund der magnetischen Anziehung gezielt eine elektrische Steckverbindung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter ausgebildet wird. Dazu kann beispielsweise ein Stecker an der Flugdrohne und eine Buchse am Reinigungsroboter oder umgekehrt angeordnet sein. Somit kann beispielsweise ein Akkumulator des Reinigungsroboters über diese elektrische Steckverbindung auch direkt von der Drohne während des Fluges aufgeladen werden, ohne dass der Reinigungsroboter von der Drohne zur Ladestation gebracht werden muss. Bei einer mechanischen Kopplung kann es sich neben der magnetischen Haltekraft um ein zusätzliches mechanisches Kopplungselement und/oder Arretierelement zugeordnet zu der Magneteinrichtung handeln. Bevorzugt ist die Magneteinrichtung direkt zwischen einer Unterseite der Flugdrohne und einer Oberseite des Reinigungsroboters, insbesondere zumindest teilweise flächig, ausgebildet.
[22] Bei einer „befahrbaren Fläche" handelt es sich insbesondere um jegliche Art von Fläche, welche von dem Reinigungsroboter befahrbar ist. Bei der befahrbaren Fläche kann es sich um die Oberfläche eines Solarmodules oder mehrerer Solarmodule, eines Glasdaches und/oder den Boden um die Solarmodule herum oder in der Ladestation handeln.
[23] In einer weiteren Ausführungsform weist die Reinigungsvorrichtung einen zweiten Reinigungsroboter, einen dritten Reinigungsroboter, einen vierten Reinigungsroboter und/oder weitere Reinigungsroboter auf. [24] Dadurch kann eine einzige Drohne nacheinander mehrere Reinigungsroboter transportieren und zu ihrem jeweiligen Einsatzort bringen. Dementsprechend können die Solarmodule der Solar-Anlage zeitgleich von mehreren Reinigungsrobotern gereinigt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die mehreren Reinigungsroboter zeitlich gestaffelt von der Flugdrohne zu ihrem jeweiligen Einsatzort transportiert werden und dadurch auch nacheinander zu unterschiedlichen Zeiten an der Ladestation aufgeladen werden können. Bevorzugt lokalisiert die Drohne nach einem automatisierten Verfahren die mehreren Roboter und transportiert, koppelt und entkoppelt diese selbsttätig.
[25] Neben mehreren Reinigungsrobotern können selbstverständlich auch mehrere Drohnen in der Solar-Anlage eingesetzt werden. Prinzipiell ist die Anzahl der Reinigungsroboter und/oder Drohnen frei und kann abhängig von der Schmutzbelastung, dem Ertrag und der Anlagenabmessung optimiert gewählt werden. Dadurch kann mit einem geringen Material- und/oder Komponenteneinsatz eine effiziente Reinigungsvorrichtung realisiert werden.
[26] Bei einem „zweiten, dritten, vierten und/oder weiteren Reinigungsroboter" handelt es sich in der Ausführung und Funktion um einen oben definierten Reinigungsroboter.
[27] Um eine flugsichere Kopplung bereitzustellen und die Position des Reinigungsroboters und der Flugdrohne und somit deren Ausrichtung beim Koppeln eindeutig festzulegen, weist die Magneteinrichtung einen Magneten oder mehrere Magneten oder ein magnetisches Bauteil auf, wobei die Flugdrohne den Magneten oder die mehreren Magneten und der jeweilige Reinigungsroboter das magnetische Bauteil aufweist oder umgekehrt.
[28] Um ein Koppeln bereits beim Anfliegen des Reinigungsroboters durch die Flugdrohne mittels der Magneteinrichtung in einfacher Weise einzuleiten, ist bevorzugt eine Komponente der Magneteinrichtung an der Unterseite der Drohne und die entsprechende Gegenkomponente der Magneteinrichtung an der Oberseite des Reinigungsroboters angeordnet. Vor allem durch mehrere Magneten bevorzugt angeordnet an der Flugdrohne kann die Kopplung in definierter Ausrichtung der Flugdrohne zu dem Reinigungsroboter erfolgen, sodass durch diese exakte Positionierung gleichzeitig auch eine mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen Komponenten der Flugdrohne und des Reinigungsroboters ausgebildet werden können.
[29] Somit kann durch die Art, Stärke und/oder Anordnung des einen Magneten oder der mehreren Magneten und des magnetischen Bauteils als Gegenteil gezielt eine Haltekraft der Magneteinrichtung eingestellt werden.
[30] Ein „Magnet" ist insbesondere ein Körper, welcher ein magnetisches Feld in seiner Umgebung erzeugt. Ein Magnet ist insbesondere ein Dauermagnet (auch Permanentmagnet genannt) oder ein Elektromagnet. Im Falle eines Elektromagneten kann die magnetische Anziehungskraft und/oder Abstoßungskraft auch durch einen Stromfluss durch mindestens eine Spule des Elektromagneten eingestellt werden. Ebenso kann es sich bei dem Magneten um einen schaltbaren Magneten mit Permanentmagneten, beispielsweise aus Neodym-Eisen-Bor, handeln.
[31] Bei einem „magnetischen Bauteil" handelt es sich insbesondere um ein magnetisches Material und/oder einen magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Körper. Beispielsweise kann das Gehäuse des Reinigungsroboters aufgrund seines magnetischen Materials selbst das magnetische Bauteil darstellen oder der Reinigungsroboter kann beispielsweise eine Metallplatte als magnetischen Körper aufweisen, welche von dem mindestens einen Magneten der Flugdrohne angezogen wird. Bei dem magnetischen Bauteil kann es sich auch um einen Gegenmagneten zum mindestens einen Magneten handeln, wobei der Gegenmagnet und der mindestens eine Magnet als Permanentmagnete sich mit ihren ungleichnamigen Polen anziehen und für eine gezielte Annäherung und Ausrichtung der Flugdrohne und des Reinigungsroboters gegenüberliegend an und/oder in der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter angeordnet sind.
[32] In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung ist der Magnet oder sind die Magneten ein Permanentmagnet und/oder ein Elektromagnet.
[33] Somit wirkt im Falle eines Permanentmagneten die magnetische Kraft kontinuierlich oder kann im Falle eines Elektromagneten gezielt ein- und/oder ausgeschaltet werden. Der Elektromagnet ist bevorzugt ausgeschaltet, wenn keine Kopplung zwischen der Flugdrohne und einem Reinigungsroboter vorliegt. Zudem kann das Koppeln und Entkoppeln gezielt durch Schalten des Stromflusses durch den Elektromagneten unterstützt werden.
[34] Um auch bevorzugt bei einem Permanentmagneten die Magnetkraft gezielt ein- und/oder auszuschalten, weist die Magneteinrichtung eine Inaktivierungseinheit zum Inaktivieren einer Magnetkraft des Magneten oder der Magneten auf.
[35] Eine „Inaktivierungseinheit" ist insbesondere ein Bauteil der Magneteinrichtung, welches eine Magnetkraft des Magneten oder der Magneten neutralisiert. Dazu weist die Inaktivierungseinheit beispielsweise eine elektrische Wicklung auf, welche über und/oder um dem Dauermagneten angeordnet ist, um zeitweise die Wirkung des Dauermagneten durch Überlagerung der beiden Magnetfelder zu neutralisieren .
[36] Die Inaktivierungseinheit bei einem Dauermagneten ist besonders vorteilhaft, da eine elektrische Leistung nur für den Entkopplungsvorgang zwischen Flugdrohne und Reinigungsroboter benötigt wird und folglich gegenüber einem Elektromagneten mit einem ständigen Stromfluss zum Aufrechterhalten der Magnetkraft die vorhandene Energie, beispielsweise Akku-Energie, besser nutzbar und somit die Effizienz und Reichweite der Flugdrohne und/oder des Reinigungsroboters steigerbar ist. Zudem können bei der Verwendung von mehreren Magneten in der Magneteinrichtung gezielt einzelne Magneten neutralisiert werden. Durch die Deaktivierung des jeweiligen Magneten an einer vorgegebenen Position wird der Entkopplungsvorgang vereinfacht und zudem kann der Entkopplungsvorgang stufenweise mit einer zeitlich abnehmenden Magnetkraft erfolgen, sodass die Propeller der Flugdrohne in Betrieb sein können und bereits einen Auftrieb erzeugen. Dadurch, dass die nachlassende Magnetkraft durch ein nacheinander erfolgendes Ausschalten der mehreren Magneten der Auftriebskraft entgegenwirkt, wird bei einem schon bestehenden Propellerbetrieb die Drohne nicht schlagartig von dem Reinigungsroboter entkoppelt, sondern kann sich langsam von diesem lösen und in die Luft aufsteigen. Dadurch wird die Sicherheit der Flugdrohne erhöht und ein Taumeln der Flugdrohne und/oder ein Unfall beim Aufsteigen verhindert.
[37] In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung weist die Magneteinrichtung einen Kraftsensor zum Erkennen einer Annäherung zwischen der Flugdrohne und dem jeweiligen Reinigungsroboter auf.
[38] Durch einen Kraftsensor und/oder einen Magnetsensor, welcher bevorzugt in der Magnetfläche der Flugdrohne und/oder des Reinigungsroboters angeordnet ist, wird die gegenseitige Anziehung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter erkannt.
[39] Ein „Kraftsensor" ist insbesondere ein Sensor, welcher eine Kraft misst, welche auf den Sensor wirkt. Ein Kraftsensor misst insbesondere eine Druckraft und/oder eine Zugkraft. Bei einem Kraftsensor kann es sich beispielweise um einen Piezo-Kraftaufnehmer oder um einen elektrodynamischen Kraftaufnehmer handeln. Ein „Magnetsensorsensor" ist insbesondere ein Sensor, welcher den Druck und/oder Zug durch Kraftwirkung auf einen Magnetquerschnitt misst.
[40] Um den Annäherungsprozess zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter zum Koppeln zu unterstützen und eine redundante Kopplung bereitzustellen, kann die Magneteinrichtung eine Führungsaufnahme und ein Aufnahmeelement aufweisen, wobei das Aufnahmeelement in und/oder an der Führungsaufnahme mechanisch verbindbar ist und die Flugdrohne die Führungsaufnahme und der jeweilige Reinigungsroboter das Aufnahmeelement aufweist oder umgekehrt.
[41] Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Führungsaufnahme gleichzeitig als Fangvorrichtung für das Aufnahmeelement während des Koppelns dient. Dazu kann die Führungsaufnahme beispielsweise eine sich konisch nach oben verengende Trichterform aufweisen, in welche das Aufnahmeelement aufgenommen und zu einem verengten Abschnitt des Trichters geführt werden kann, wo das Aufnahmeelement beispielsweise mechanisch festgestellt wird. Genauso unterstützt die Form der Führungsaufnahme in entgegengesetzter Richtung beim Entkoppeln ein Lösen des Aufnahmeelementes von und/oder aus der Führungsaufnahme.
[42] Prinzipiell ist herauszustellen, dass die miteinander verbindbare Führungsaufnahme und das Aufnahmeelement neben einer ergänzenden Anordnung auch alternativ zur Magneteinrichtung nur zur Ausbildung einer mechanischen Verbindung eingesetzt werden können. Bei der Ausbildung der mechanischen Verbindung kann dann die Arretierung und somit die Verriegelung des Aufnahmeelementes in der Führungsaufnahme mittels einer Magneteinrichtung erfolgen.
[43] Die „Führungsaufnahme" ist insbesondere ein Bauteil, in und/oder an dem ein Aufnahmeelement mechanisch verbindbar ist. Die Führungsaufnahme ist insbesondere so geformt, dass bei Annäherung der Flugdrohne an den Reinigungsroboter beispielsweise das am Reinigungsroboter angeordnete Aufnahmeelement gezielt und gerichtet in der Führungsaufnahme der Flugdrohne aufgenommen wird und mechanisch feststellbar ist. Dazu kann die Führungsaufnahme innerhalb der Flugdrohne und/oder außerhalb der Flugdrohne angeordnet sein. Die Führungsaufnahme kann beispielsweise auch an der Unterseite der Flugdrohne befestigt sein. Die Führungsaufnahme hat insbesondere eine Form, welche das Aufnahmeelement innerhalb der Führungsaufnahme gezielt ausrichtet und beim Koppeln und Entkoppeln führt. Die Führungsaufnahme hat beispielsweise eine konische und/oder trichterförmige Form, welche zur Außenseite und/oder Unterseite eine größere Querschnittsfläche aufweist als an der konischen Spitze. Dadurch wird das in die konische Führungsaufnahme aufgenommene Aufnahmeelement sukzessive durch die konische Form zur Spitze der Führungsaufnahme geleitet. Dadurch, dass bevorzugt die Flugdrohne die Führungsaufnahme aufweist und bei Annäherung das Aufnahmeelement des Reinigungsroboters im Inneren, insbesondere im Hohlraum, der Führungsaufnahme aufgenommen wird und sich nur dort bewegen kann, wird eine Beschädigung der Solarmodule, des Reinigungsroboters und/oder der
Flugdrohne beim Koppeln und/oder Entkoppeln vermieden. [44] Bei dem „Aufnahmeelement" kann es sich insbesondere um jegliches mechanische Verbindungselement handeln. Ein Aufnahmeelement kann beispielsweise als Schnapphaken, S- Haken, anders geformter Haken, Bügel und/oder Ring ausgestaltet sein. Das Aufnahmeelement kann ein festes Material aufweisen. Das Aufnahmeelement kann insbesondere in und/oder an der Führungsaufnahme mittels eines Arretierelementes, beispielsweise einer Arretierstange, festgelegt werden. Das Aufnahmeelement kann an dem Reinigungsroboter, insbesondere an einer Oberseite des Reinigungsroboters beweglich mittels eines Lagerungselementes, beispielweise eines Drehgelenks, gelagert sein. Durch die bewegliche Lagerung des Aufnahmeelementes kann dieses bei einer zu starken Annäherung an die Führungsaufnahme durch eine Wand der Führungsaufnahme leicht weggedrückt und somit ausgerichtet werden, wenn das Aufnahmeelement nicht mittig zur Führungsaufnahme aufgenommen wird. Dadurch werden Beschädigungen an der Führungsaufnahme vermieden. Ebenso kann das Aufnahmeelement zumindest teilweise ein elastisches Material aufweisen, um eine Beschädigung beim Koppeln und/oder Entkoppeln zu vermeiden.
[45] In einer weiteren Ausgestaltungsform der Reinigungsvorrichtung ist das mechanisch in und/oder an der Führungsaufnahme verbundene Aufnahmeelement mittels der Magneteinrichtung feststellbar und lösbar.
[46] Somit wird eine magnetische Arretiervorrichtung für das aufgenommene Aufnahmeelement bereitgestellt. Folglich kann alternativ oder ergänzend neben dem Halten durch die Magnetkraft auch ein mechanisches Halten des gekoppelten Reinigungsroboters an der Flugdrohne realisiert werden. Dadurch wird eine sichere mechanische Verbindung zwischen Flugdrohne und Reinigungsroboter ermöglicht, welche mittels der Magneteinrichtung arretierbar und lösbar ist.
[47] Zur Kommunikation und/oder Positionierung zwischen der Drohne, den Drohnen, dem Reinigungsroboter oder den Reinigungsrobotern kann die Reinigungsvorrichtung eine Zentralstation zum Kommunikations- und/oder Datenaustausch und/oder zur Einsatzplanung der Flugdrohne und des jeweiligen Reinigungsroboters aufweisen oder der Reinigungsvorrichtung ist die Zentralstation zugeordnet.
[48] Auch wenn für das eigentliche Koppeln und Entkoppeln eine direkte Kommunikation zwischen der Flugdrohne und dem jeweiligen Reinigungsroboter vorteilhaft ist, kann diese auch indirekt über die Zentralstation erfolgen. Somit kann die Drohne beispielsweise an die Zentralstation ihre Ist- Position, ihren Ladezustand des Energiespeichers und ihre Flugbereitschaft kommunizieren, während die Zentralstation an die Drohne die Zielposition und die jeweilige Transportaufgabe, wie Anlieferung eines Reinigungsroboters auf ein zu reinigendes Solarmodul oder Abholung des Reinigungsroboters, überträgt. Genauso kann der jeweilige Reinigungsroboter seine Ist-Position, seinen Ladezustand und seine Reinigungsbereitschaft an die Zentralstation übertragen, während die Zentralstation an den jeweiligen Reinigungsroboter seine anzufahrende Zielposition, einen Soll-Streckenverlauf oder Soll-Teilstreckenverlauf sowie die zu erledigende Aufgabe, wie Reinigen oder Zurückfahren in die Ladestation, überträgt. Bei einer direkten Kommunikation zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter erfolgt bevorzugt ein Positionsaustausch mittels Sensoren und direkter Kommunikationseinrichtung für das Koppeln oder Entkoppeln.
[49] Bei der „Zentralstation" handelt es sich insbesondere um eine Station, welche innerhalb der Solar-Anlage oder außerhalb der Solar-Anlage angeordnet ist. Die Zentralstation kann insbesondere auch die Ladestation aufweisen. Die Zentralstation ist insbesondere fest positioniert oder transportabel, im letzteren Fall wird diese bevorzugt jedoch zeitweise fest positioniert. Dadurch stellt die Zentralstation auch einen Referenzpunkt für ein Positionserkennungssystem dar. Die Zentralstation weist insbesondere eine Datenverarbeitungseinrichtung und/oder Datenspeichereinrichtung auf. Die Zentralstation dient insbesondere der Kommunikation innerhalb der Solar-Anlage und kann auch mit der Außenwelt kommunizieren, um beispielsweise einen Service-Bedarf an den Betreiber der Solar-Anlage zu melden oder ferngesteuert zu werden.
[50] Auf der Datenverarbeitungseinrichtung der Zentralstation arbeitet insbesondere ein Dispatcher- Algorithmus, welcher den Einsatz der Roboter und Drohnen, basierend auf den übermittelten Daten und der Anlagensituation steuert, regelt und/oder verwaltet. Dieser Algorithmus berücksichtigt bei der Entscheidungsfindung zusätzlich externe Informationen, um das Verhalten und die Lebensdauer der Reinigungsvorrichtung zu optimieren. Dabei handelt es sich beispielsweise um Informationen zur Windgeschwindigkeit aus zusätzlichen externen Sensoren, um Schäden an der Reinigungsvorrichtung zu vermeiden und den Reinigungsroboter und die Flugdrohne beispielsweise bei Sturm zurück zur Ladestation zu schicken. Ebenso können Sonneneinstrahlungs- und Leistungsdaten der verschiedenen Stränge oder Teilflächen der Solar-Anlage berücksichtigt werden, um beispielsweise eine Priorität bei der Reinigung zu errechnen und in der Einsatzplanung umzusetzen. Zudem können Niederschlagsinformationen im Algorithmus berücksichtigt werden, um gezielt einen zusätzlichen Reinigungseffekt durch Regen bei der Reinigung durch den Reinigungsroboter auszunutzen. Der Algorithmus passt sich insbesondere kontinuierlich den Gegebenheiten an und generiert adaptiv ein Optimum.
[51] In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung weist die Flugdrohne eine Kamera, ein Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessgerät, eine Positionserkennungseinrichtung, eine Regelungseinrichtung zur Flugwegoptimierung und/oder eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit dem Reinigungsroboter und/oder der Zentralstation auf.
[52] Die Positionserkennung kann beispielsweise mittels DGPS (Differential Global Positioning System), DGNSS (Differential Global Navigation Satellite System), oder bevorzugt mittels RTK (Real Time Kinematic) oder mittels eines Vergleichs von Kamerabildern mit abgespeicherten Umgebungsaufnahme erfolgen. Unter Berücksichtigung der Positionsdaten kann mittels der Regeleinrichtung eine Flugwegoptimierung durch intelligente Regelalgorithmen unter Berücksichtigung der Bedingungen der Flugdrohne, wie Ladezustand, und der Solar-Anlage, wie Reinigungsflächen und Verschmutzung, sowie Umgebungsbedingungen, wie dem Wetter, durchgeführt werden. Dadurch wird eine Optimierung des Reinigungsablaufs bewirkt, in dem die Flugzeiten der Flugdrohne oder der Flugdrohnen verkürzt wird oder werden. Selbstverständlich kann die Flugdrohne auch mehrere Kameras und/oder Sensoren aufweisen. Bei einem Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessgerät handelt es sich beispielweise um ein Gerät unter Nutzung des LiDAR-Verfahrens.
[53] Somit kann alternativ oder kombiniert zur Kommunikation die Positionierung zwischen Flugdrohne, Reinigungsroboter und/oder Zentralstation über optische Verfahren wie Kameras oder LiDAR erfolgen. Hierbei können optische Identifikationszeichen wie z.B. Leuchten oder ArUco-Marker verwendet werden.
[54] Unter einer „Regeleinrichtung" wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, welche einen Zustandswert rückkoppelt und jeweils einen Stellwert einstellt. Somit kann mittels der Regeleinrichtung der Flugweg optimiert und/oder geregelt werden.
[55] Bei einer „Kommunikationseinheit" handelt es sich insbesondere um ein Funkmodul als Empfänger und/oder Sender. Die Kommunikationseinheit empfängt und/oder sendet insbesondere Signale mittels modulierter elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich, mittels Bluetooth, Wireless LAN oder RFID. Beispielsweise kann ein ISM-Band mit einer Frequenz von 433 MHz, 868 MHz oder 2,4 GHz zur Kommunikation genutzt werden. Auch kann eine Mobilfunk-Kommunikation mittels GPRS, UMTS oder LTE verwendet werden.
[56] Um ein optimales Reinigen der Solarmodule zu erzielen, weist der jeweilige Reinigungsroboter eine Andrückeinheit zum Andrücken der Reinigungseinheit an eine Oberfläche des zu reinigenden Solarmoduls auf.
[57] Somit liegt die Reinigungseinheit auch bei einer unebenen Oberfläche und/oder bei einem starken Gefälle der zu reinigenden Oberfläche optimal an dieser Oberfläche an.
[58] In einer weiteren Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung weist der Reinigungsroboter eine Regelungseinrichtung zur Laufzeitoptimierung, einen Näherungssensor zum Erkennen einer Abmessung des zu reinigenden Solarmoduls und/oder eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit der Flugdrohne, weiteren Flugdrohnen, einem weiteren Reinigungsroboter, weiteren Reinigungsrobotern und/oder der Zentralstation auf.
[59] Somit wird eine kostenoptimierte Wege- und Zeitberechnung für den Reinigungsroboter ermöglicht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Reinigung mittels der Reinigungsvorrichtung einerseits effizient umgesetzt wird und somit mit geringem Zeit- und Materialeinsatz erfolgt und andererseits gründlich genug durchgeführt wird. Bei der Laufzeitberechnung ist zu beachten, dass eine zu reinigende Fläche keine durchgehende Fläche mit gleichem Winkel und gleicher Höhe ist, da eine Solar-Anlage in der Regel dem Verlauf der Landschaft folgt. Dadurch folgt ein Fahrweg des jeweiligen Reinigungsroboters auf einer zu reinigenden Fläche nicht kontinuierlich einem Raumvektor, sondern es wird nur stückweise entsprechend der Modulbreite dem Raumvektor gefolgt. Bevorzugt sollte eine Reinigung von oben nach unten durchgeführt werden, um die Verschmutzung bereits gereinigter Flächen zu vermeiden. Zur Wegevorgabe der Regelungseinrichtung des jeweiligen Reinigungsroboters können mehrere Verfahren genutzt werden. Als erstes kann eine chaotische Vorgabe eines Fahrwinkels erfolgen, bei welcher der Reinigungsroboter während der kontinuierlichen Reinigung bis zum Ende der zu reinigenden Fläche fährt. Das Ende der zu reinigenden Fläche kann beispielsweise mittels eines Näherungssensors basierend auf IR oder Ultraschall erkannt werden. Bei Erreichen des Flächenendes wird per Zufall oder Heuristik ein neuer Startwinkel bestimmt. Daraufhin fährt der Reinigungsroboter erneut zu einem anderen Ende der zu reinigenden Fläche, woraufhin ein neuer Vorgabewinkel festgelegt wird und erneut die dadurch vorgegebene Fahrtstrecke abgefahren wird. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist die einfache Regelung, da jeweils die Fahrtrichtung gemäß dem festgelegten Winkel gewählt und befolgt wird. Nachteilig hierbei ist, dass manche Teilflächen gegebenenfalls nicht gereinigt werden, während andere Teilflächen mehrfach gereinigt werden und es kein definiertes Ende des Reinigungsvorganges gibt.
[60] Weiter kann der Reinigungsroboter mittels optischer Verfahren wie Kameras oder LiDAR die Umgebung scannen und mittels Rechenverfahren wie Kanten- oder Mustererkennung und/oder Kanten-Extrapolation Zielpunkte ermitteln, die für die Fahrtwegregelung genutzt werden können. [61] Bei dem zweiten, bevorzugten Verfahren erfolgt eine Vorgabe mit Berücksichtigung der Kenntnis des Flächenverlaufs und der Vorberechnung eines Soll-Weges mittels der Regeleinrichtung durch Berechnung von Teil- Streckenpunkten, welche durch die Zentralstation und/oder die Regeleinrichtung des Reinigungsroboters berechnet werden können. Die Flächenpunkte werden gespeichert und dienen als Soll-Zielpunkte, welche weiterhin durch eine adaptive Befahrung und Verarbeitung des Fahrwegs durch den Reinigungsroboter angepasst werden können. Hierzu können beispielsweise Lücken, Löcher oder Hindernisse der zu reinigenden Fläche eingespeichert und umfahren werden. Somit ist die Berechnung eines Soll-Fahrweges durch die Berechnung von Teil-Streckenpunkten möglich, welche nacheinander vom Reinigungsroboter angefahren werden. Diese Streckenpunkte sind in ihrer Reihenfolge so berechnet, dass die Bahnen der Reinigung in Bahnen auf den Flächen mäanderförmig von oben nach unten erfolgen. Alternativ können die Bahnen auch von einer zur anderen Seite, beispielsweise von rechts nach links oder umgekehrt, erfolgen. Bei diesem zweiten Verfahren ist vorteilhaft, dass stets der kürzeste Weg und die kürzeste Zeit verwendet wird, um die Fläche bestmöglich zu reinigen. Des Weiteren gibt es einen klaren Endpunkt, an dem die Reinigung durch den jeweiligen Reinigungsroboter abgeschlossen ist. Jedoch bedarf dieses zweite Verfahren einen erhöhten Rechenaufwand.
[62] Bei der Regeleinrichtung und der Kommunikationseinheit des jeweiligen Reinigungsroboters handelt es sich in der Ausführung und Funktion jeweils um eine oben definierte Regeleinrichtung und Kommunikationseinheit, wobei der Reinigungsroboter jedoch die Regeleinrichtung und/oder die Kommunikationseinheit aufweist.
[63] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum automatischen Reinigen von Solarmodulen einer Solar-Anlage mittels eines fahrbaren Reinigungsroboters zum Reinigen der Solarmodule und einer Flugdrohne zum Transport des Reinigungsroboters, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter und die Flugdrohne mittels einer Magneteinrichtung miteinander koppelbar und entkoppelbar sind, mit folgenden Schritten:
Anfliegen der Flugdrohne an den Reinigungsroboter
- Aktivieren der Magneteinrichtung und/oder Wirken einer Magnetkraft der Magneteinrichtung zwischen der Flugdrohne und dem Reinigungsroboter,
- Koppeln der Flugdrohne und des Reinigungsroboters mittels der Magneteinrichtung,
- Fliegen der Flugdrohne mit dem gekoppelten Reinigungsroboter zu einem zu reinigenden Solarmodul,
- Absetzen des Reinigungsroboters auf dem zu reinigenden Solarmodul und Entkoppeln der Flugdrohne und des Reinigungsroboters mittels der Magneteinrichtung,
- Reinigen des zu reinigenden Solarmoduls mittels des Reinigungsroboters, und/oder - nach erfolgtem Reinigen, Anfliegen, Koppeln und Transportieren des Reinigungsroboters durch die Flugdrohne.
[64] Als zusätzliche Schritte kann in diesem Verfahren ein Erreichen eines räumlichen Zielkegels durchgeführt werden, in dem die Flugdrohne den Reinigungsroboter erkennt, wobei der Zielkegel durch Kamerabilder und/oder LiDAR ermittelt wird. Auch kann der Annäherungsprozess mittels einer geregelten Näherung erfolgen, wobei als Regelungsziel sich der Reinigungsroboter im Mittelpunkt des Bildes und/oder des Zielkegels befinden soll.
[65] In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird vor dem Reinigen ein Referenzflug mittels der Flugdrohne mit einer Kamera zur Aufnahme von Bildern der Solar-Anlage und/oder zum Bestimmen von zu reinigenden Flächen mittels Koordinatenpunkten durchgeführt.
[66] Um die Reinigungsvorrichtung zeit- und materialsparend und effizient einzusetzen, wird vor dem Reinigen eine Wege- und/oder Zeitberechnung für einen Flug der Flugdrohne und/oder eine Fahrtstrecke des Reinigungsroboters durchgeführt.
[67] Bei dem Referenzflug erstellt eine an der Flugdrohne befestigte Kamera eine sehr hohe Anzahl von digitalen Fotografien, welche mittels eines Algorithmus in einen dreidimensionalen Raum, beispielsweise einer Punktwolke, oder in Flächen umgerechnet werden. Diese Flächen werden durch Koordinaten beschrieben, welche als relative oder absolute Koordinaten der Anlagenpunkte den zu reinigenden Körper oder die zu reinigenden Flächen beschreiben.
[68] Alle während des Fluges aufgenommenen Fotografien werden in der Kamera oder in einem beispielsweise per Funk verbundenen Zentralrechner der Zentralstation mit zugehörigen Positionen und Winkeln abgespeichert. Die Positionen und Winkel der Kamera sind dabei von der Anzahl so zahlreich, dass die zu reinigende Solar-Anlage aus sehr vielen Winkeln mit einer Abdeckung von 360° in Winkelstufen und aus verschiedenen Höhen, von relativer Bodennähe bis zur Vogelperspektive, in Höhenstufen fotografiert wird. Die Winkelverstellung oben/unten sowie rechts/links der Kamera kann durch eigene Kamerapositionierungsantriebe oder durch die Regeleinrichtung der Flugdrohne erfolgen.
[69] Eine grobe Positionierung der Kamera kann bei den Aufnahmen der Fotografien durch globale Satellitenpositionierung, wie zum Beispiel GPS, erfolgen. Eine exakte Positionierung wird dadurch erreicht, dass mindestens ein zusätzlicher Referenzpunkt installiert wird, welcher zum Beispiel per RTK eine zentimetergenaue Raum- Positionierung erlaubt.
[70] Zur Verarbeitung der Fotografien werden diese nach Verfahren der Bildbearbeitung so umgerechnet, dass sich ein dreidimensionaler Raum als Punktwolke ergibt. Je nach Anzahl und Auflösung der Fotografien ergibt sich eine Raumauflösung der Punkte im Zentimeterbereich. Aus den Punktwolken werden Flächen generiert mittels folgender möglicher Verfahren. Mittels eines Algorithmus können zusammenhängende Flächen erkannt und als solche markiert werden. Alternativ kann eine händische Verarbeitung die Punktwolken als Flächen zusammenführen. Die derart generierten Flächen werden bewertet nach dem Kriterium „zu reinigen" oder „nicht zu reinigen", wobei wiederum mittels einer Algorithmus die Flächen ausgewertet und/oder ihr Reinigungserfordernis festgelegt wird, wobei nur Flächen, die im Wesentlichen nach oben ausgerichtet sind, und somit keine nach unten gerichteten Rückseiten, und/oder nur Flächen, die bestimmte Farben haben, markiert werden. Alternativ können mittels einer händischen Verarbeitung die zu reinigenden Flächen markiert werden. Die derart festgelegten zu reinigenden Flächen einer Solar-Anlage und deren exakte Positionen stehen in Raumkoordinaten anschließend zur Einsatzplanung zur Verfügung. Die Positionen des Raums der zu reinigenden Solar-Anlage und der zugehörigen Punkte und Flächen dienen als Koordinatenpunkte, welche für die Reinigung Verwendung finden. Die Koordinaten beziehen sich auf Referenzwerte, wobei es sich um fixe Referenzpunkte an der zu reinigenden Anlage, zum Beispiel der Zentralstation, oder globale Koordinaten handeln kann. Nachdem die zu reinigende Fläche definiert wurden, können Start- und Endwerte des Reinigungsvorgangs definiert werden.
[71] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine stark schematische Schnittdarstellung einer Reinigungsvorrichtung mit einer Drohne und einem mittels einer Magneteinrichtung gekoppelten Reinigungsroboter,
Figur 2 eine stark schematische Schnittdarstellung der Magneteinrichtung mit einem Elektromagneten,
Figur 3 eine stark schematische Schnittdarstellung einer Alternative der Magneteinrichtung mit einem Dauermagneten und einer Wicklung,
Figur 4 eine stark schematische Darstellung einer Alternative der Reinigungsvorrichtung mit einer Drohne und einem Reinigungsroboter mit einer Magneteinrichtung zur Arretierung, und
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Flächenplans eines Solarkraftwerkes.
[72] Eine Reinigungsvorrichtung 101 weist eine Drohne 103 und einen Reinigungsroboter 105 auf, wobei die Drohne 103 und der Reinigungsroboter 105 unabhängig voneinander betreibbar sind. Die Drohne 103 weist ein Gehäuse 107 und einen Ausleger 113 auf. Die Drohne 103 ist als Quadrocopter mit vier Rotoren 117 ausgebildet (in Figur 1 sind nur die beiden vorderen Rotoren 117 sichtbar). Die Rotoren 117 sind jeweils über einen elektrischen Motor 115 mit dem Ausleger 113 verbunden. Der Ausleger 113 und das Gehäuse 107 werden von einem Rahmen 109 gehalten. Im Gehäuse 107 ist ein Flugcontroller 123 angeordnet. Der Rahmen 109 weist einen Akku 121 und einen Beschleunigungssensor 119 auf. Unterhalb des Rahmens 109 sind beidseitig Landekufen 111 angeordnet. Zwischen den Landekufen 111 ist mittels einer Magneteinrichtung 141 der Reinigungsroboter 105 mit seiner Oberseite an der Unterseite der Drohne 103 gekoppelt (siehe gekoppelter Zustand in Figur 1). Mittels der Magneteinrichtung 141 sind die Drohne 103 und der Reinigungsroboter 105 miteinander koppelbar und entkoppelbar.
[73] Der autonom fahrbare Reinigungsroboter 105 weist beidseitige Räder 131 und dazwischen eine angeordnete rotierbare Bürste 133 zum Reinigen einer Oberfläche eines Solarmoduls auf. Des Weiteren weist der Reinigungsroboter 105 einen Näherungssensor 135 auf. Vor dem Reinigungsroboter 105 ist außen am Rahmen 109 der Drohne 103 eine schwenkbare Kamera 125 angeordnet.
[74] Der Reinigungsroboter 105 weist einen Körper 153 aus ferromagnetischem Material innenliegend an seiner Oberseite auf (siehe Figur 2). Die Drohne 103 weist einen Elektromagneten 143 mit einer Wicklung 145 auf. Der ferromagnetische Körper 153 und der Elektromagnet 143 mit der Wicklung 145 bilden die Magneteinrichtung 141 aus. Unterhalb des Elektromagneten 143 der Drohne 103 ist ein Drucksensor 151 angeordnet. Der Elektromagnet 143 ist mittels einer Spannung 149 bei einem fließenden Strom 147 anschaltbar. Im entkoppelten Zustand ist der Elektromagnet 143 ausgeschaltet. [75] Mit der Reinigungsvorrichtung 101 werden folgende Arbeitsvorgänge in einem Solarkraftwerk 201 durchgeführt:
[76] Die Drohne 103 fliegt von oben an den auf dem Boden stehenden Reinigungsroboter 105 heran, wobei ein Sicherheitsabstand eingehalten wird. Durch Anlegen der Spannung 149 wird ein Fluss des Stromes 147 initiiert und somit der Elektromagnet 143 aufgrund der stromdurchflossenen Wicklung 145 aktiviert. Die Drohne 103 nähert sich daraufhin langsam weiter dem Reinigungsroboter 105 von oben an, bis eine Anziehungskraft 155 zwischen dem ferromagnetischen Körper 153 und dem Elektromagneten 143 ausreicht, um die Drohne 103 mit dem Reinigungsroboter 105 zu koppeln. Hierbei misst der Drucksensor die Kraftwirkung auf den Magnetquerschnitt des Elektromagneten 143.
[77] Nach erfolgter Kopplung steigt die Drohne 103 mit dem gekoppelten Reinigungsroboter 105 auf und fliegt den Reinigungsroboter 105 zu einem nicht gezeigten zu reinigenden Solarmodul.
[78] Die Drohne 103 mit dem gekoppelten Reinigungsroboter 105 nähert sich einer exakten Zielposition auf dem zu reinigenden Solarmodul. Durch Unterbrechung des Stromflusses 147 durch die Wicklung 145 des Elektromagneten 143 wird die Magneteinrichtung 141 ausgeschaltet und, sobald der Reinigungsroboter mit der zu reinigenden Oberfläche des Solarmoduls Kontakt hat, wird die Drohne 103 mittels der Magneteinrichtung 141 vollständig vom Reinigungsroboter 105 entkoppelt. Der Kontakt des Reinigungsroboters 105 mit der zu reinigenden Fläche wird hierbei mittels des Flugcontrollers 123 aufgrund der sich nicht mehr ändernden Position der Drohne 103 sowie durch einen höheren Druck des Drucksensors 151 registriert. Nach Absetzen des Reinigungsroboters 105 fährt dieser autonom, mäanderförmig die zu reinigende Fläche des Solarmodules ab, welche gleichzeitig durch die rotierende Bürste 133 gereinigt wird. Hierbei erkennt der Reinigungsroboter 105 mittels des Näherungssensors 135 den jeweiligen Rand des Solarmoduls und ändert selbsttätig seine Bewegungsrichtung zur weiteren Reinigung. Währenddessen fliegt die Drohne 103 zu einem anderen Einsatz.
[79] In einer Alternative der Magneteinrichtung 141 weist die Drohne 103 anstelle des Elektromagneten 143 einen Dauermagneten 163 auf, welcher von einer Wicklung 145 umgeben ist (siehe Figur 3). Ansonsten ist die Magneteinrichtung 141, wie oben zur Figur 2 beschrieben, ausgeführt. Der Dauermagnet 163 weist einen Nordpol 165 und einen Südpol 167 auf. Aufgrund des Einsatzes des Dauermagneten 163 liegt eine beständige Anziehungskraft 155 vor, welche zum Koppeln wie oben beschrieben verwendet wird.
[80] Für das Entkoppeln der Drohne 103 von dem Reinigungsroboter 105 wird nun jedoch eine Spannung 149 an die Wicklung 145 um den Dauermagneten 163 angelegt, wobei ein Strom 147 durch die Wicklung 145 fließt und dadurch ein Magnetfeld induziert, welches das Magnetfeld des Dauermagneten 163 überlagert. Dadurch wird das Magnetfeld des Dauermagneten während des Fließens des Stroms 147 neutralisiert und somit die Anziehungskraft 155 aufgehoben. Somit wird der ferromagnetische Körper 153 des Reinigungsroboters 105 nicht mehr angezogen, die Magneteinrichtung 141 gelöst und dadurch die Drohne 103 vom Reinigungsroboter 105 entkoppelt.
[81] In einer Alternative der Reinigungsvorrichtung 101 weist ein Reinigungsroboter 105 einen Schnapphakenträger 172 auf, welcher über ein Gelenk 173 mit einem Schnapphaken 171 verbunden ist. Eine Drohne 103 weist einen Aufnahmetrichter 175, einen Drucksensor 151 an einem oberen Ende des Aufnahmetrichters 175 und eine Arretierstange 177 auf. Die Arretierstange 177 ist mit einer Wicklung 145 umwickelt, welche bei Anlegen einer Spannung 149 bestrombar ist. Die Arretierstange 177 und die Wicklung 145 bilden eine Magneteinrichtung 141 aus. Der Aufnahmetrichter 175 ist an seiner Unterseite mit einem größeren Querschnitt ausgebildet und läuft konisch bis zur Arretierstange 177 nach oben zu. Anschließend weist der Aufnahmetrichter 175 oberhalb der Arretierstange 177 eine gegenläufige sich öffnende Form auf, um beim Entkoppeln nicht einen Widerstand für den Schnapphaken 171 darzustellen.
[82] Der Schnapphaken 171 ist mittels des Gelenkes 173 in einer Schwenkbewegung 181 beweglich ausgebildet, um eine Beschädigung einer Innenseite des Aufnahmetrichters 175 und ein gezieltes Einführen des Schwenkhakens 171 in das Innere des Aufnahmetrichters 175 beim Koppeln der Drohne 103 und des Reinigungsroboters 105 zu gewährleisten. Alternativ kann auf das Gelenk 173 verzichtet werden und der Schnapphaken 171 aus einem elastischen Material ausgebildet sein, um eine Verformung beim Koppeln zu ermöglichen. [83] Zum Koppeln fliegt die Drohne 103 auf eine vorgegebene Position oberhalb des Reinigungsroboters 105, wobei die ferromagnetische Arretierstange 177 in einem geöffneten Zustand ist und sich zuvor mittels einer Arretierbewegung 179 nach rechts außerhalb des Inneren des Aufnahmetrichters 175 bewegt hat (Fig. 4). Die Drohne 103 sinkt langsam weiter in Richtung auf den Reinigungsroboter 105 ab, wodurch der Schnapphaken 171 langsam in den Aufnahmetrichter 175 aufgenommen wird. Hierbei ist der Schnapphaken 171 mittels des Gelenkes 173 in der Schwenkbewegung 181 beweglich, sodass dieser aufgrund der zulaufenden konischen Form des Aufnahmetrichters 175 zentral durch die Mitte des Aufnahmetrichters 175 nach oben geführt wird, ohne den Aufnahmetrichter 175 zu beschädigen.
[84] Mittels des Drucksensors 151, welcher als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist, wird aufgrund einer Druckänderung registriert, dass der Schnapphaken 171 weit genug in den Aufnahmetrichter 175 eingeführt ist. Daraufhin wird mittels Anlegen einer Spannung 149 die Wicklung 145 bestromt und die Arretierstange 177 führt eine Arretierungsbewegung 179 nach links aus, wodurch der Schnapphaken 171 innerhalb des Aufnahmetrichters 175 durch die Arretierstange 177 arretiert und eine sichere mechanische Verbindung zwischen der Drohne 103 und dem Reinigungsroboter 105 ausgebildet wird (siehe gekoppelter Zustand in Figur 4).
[85] Für das Entkoppeln der Drohne 103 von dem Reinigungsroboter 105 wird entsprechend die Arretierstange 177 wieder geöffnet und die Drohne 103 kann auffliegen, wobei der Schnapphaken 171 durch Aufsteigen der Drohne 103 wieder aus dem Aufnahmetrichter 175 herausgeführt wird.
[86] Das Solarkraftwerk 201 weist eine mittig angeordnete Zentralstation 203 mit einer Ladestation auf. Mittels eines Referenzfluges der Drohne 103 ist ein in Figur 5 gezeigter Flächenplan des Solarkraftwerkes 201 aus Fotografien aufgenommen mit der Kamera 125 erstellt worden. Hierbei ist die Breite 217 und die Länge 219 des Solarkraftwerkes, die Anzahl 213 der Arrayspalten (Tische mit Solarmodulen) und der Abstand 215 zwischen den Arrayspalten, die Anzahl 209 der Arrayreihen und der Abstand 211 zwischen den Arrayreihen sowie die Länge 205 jedes Arrays und die Breite 207 jedes Arrays erfasst und die zugehörigen Koordinaten ermittelt worden. Mittels eines Dispatcher-Algorithmus der Zentralstation 203 werden diese Daten verwendet, um eine kostenoptimierte Wege- und Zeitberechnung für den Einsatz der Drohne 103 und für den Reinigungsroboter 105 durchzuführen. Der Dispatcher-Algorithmus berücksichtigt neben dem in Figur 5 gezeigten Flächenplan und seinen ermittelten Daten auch weitere Daten, wie den Akkuladestand der Drohne 103 und des Reinigungsroboters 105, die Dauer eines notwendigen Ladevorganges des Drohne 103 und des Reinigungsroboters 105, den Energieverbrauch der Drohne 103 für die notwendigen Flüge und des Reinigungsroboters 105 für die Bewegung auf den Arrays während der Reinigung, um eine Lösung mit der geringsten Gesamtzeit zu generieren. Hierbei wird der Dispatcher-Algorithmus kontinuierlich den jeweiligen Gegebenheiten angepasst und adaptiv ein Optimum generiert. [87] Somit wird eine Reinigungsvorrichtung 101 bereitgestellt, bei der eine Drohne 103 und ein Reinigungsroboter 105 nach dem Transport des Reinigungsroboters 105 zu dem zu reinigenden Solarmodul mittels der Drohne 103 unabhängig voneinander autonom zeitgleich betreibbar und/oder ladbar sind.
Bezugszeichenliste
101 Reinigungsvorrichtung 103 Drohne
105 Reinigungsroboter
107 Gehäuse
109 Rahmen
111 Landekufen
113 Ausleger
115 Motor
117 Rotor
119 Beschleunigungssensor 121 Akku
123 Flugcontroller
125 Kamera
131 Rad
133 Bürste
135 Näherungssensor
141 Magneteinrichtung
143 Elektromagnet
145 Wicklung
147 Strom
149 Spannung
151 Drucksensor
153 ferromagnetischer Körper
155 Anziehungskraft
163 Dauermagnet
165 Nordpol
167 Südpol 171 Schnapphaken
172 Schnapphakenträger
173 Gelenk
175 Aufnahmetrichter 177 Arretierstange
179 Arretierbewegung 181 Schwenkbewegung 201 Solarkraftwerk 203 Zentralstation 205 Länge eines Arrays
207 Breite eines Arrays 209 Anzahl der Arrayreihen 211 Abstand zwischen den Arrayreihen 213 Anzahl der Arrayspalten 215 Abstand zwischen den Arrayspalten
217 Breites des Solarkraftwerkes 219 Länge des Solarkraftwerkes

Claims

Patentansprüche:
1. Reinigungsvorrichtung (101) zum automatischen Reinigen von
Solarmodulen einer Solar-Anlage (201), wobei die
Reinigungsvorrichtung (101) mindestens einen ersten fahrbaren Reinigungsroboter (105) mit einer
Reinigungseinheit (133) zum Reinigen der Solarmodule und eine Flugdrohne (103) zum Transport des Reinigungsroboters (105) und/oder eine Ladestation zum Aufladen der Flugdrohne (103) und/oder des mindestens einen Reinigungsroboters (105) aufweist, wobei der mindestens eine Reinigungsroboter (105) und die Flugdrohne (103) lösbar miteinander koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Reinigungsroboter (105) und die Flugdrohne (103) mittels einer Magneteinrichtung (141) miteinander koppelbar und entkoppelbar sind, sodass im gekoppelten Zustand der mindestens eine Reinigungsroboter (105) mittels der
Flugdrohne (103) transportierbar und auf einer befahrbaren Fläche und/oder auf einem zu reinigenden Solarmodul absetzbar ist.
2. Reinigungsvorrichtung (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (101) einen zweiten Reinigungsroboter, einen dritten
Reinigungsroboter, einen vierten Reinigungsroboter und/oder weitere Reinigungsroboter aufweist.
3. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magneteinrichtung (141) einen Magneten oder mehrere Magneten (143, 163) und ein magnetisches Bauteil (153) aufweist, wobei die Flugdrohne (103) den Magneten oder die mehreren Magneten (143, 163) und der jeweilige
Reinigungsroboter das magnetische Bauteil (153) aufweist oder umgekehrt.
4. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet oder die Magneten ein Permanentmagnet (163) und/oder ein Elektromagnet (143) ist oder sind.
5. Reinigungsvorrichtung (101) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (141) eine Inaktivierungseinheit (145) zum Inaktivieren einer Magnetkraft des Magneten oder der Magneten (143, 163) aufweist.
6. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magneteinrichtung (141) einen Kraftsensor (151) zum Erkennen einer Annäherung zwischen der Flugdrohne (103) und dem jeweiligen Reinigungsroboter (105) aufweist.
7. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magneteinrichtung (101) eine Führungsaufnahme (175) und eine Aufnahmeelement (171) aufweist, wobei das Aufnahmeelement (171) in und/oder an der Führungsaufnahme (175) mechanisch verbindbar ist und die Flugdrohne (103) die Führungsaufnahme (175) und der jeweilige Reinigungsroboter (105) das Aufnahmeelement (171) aufweist oder umgekehrt.
8. Reinigungsvorrichtung (101) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch in und/oder an der Führungsaufnahme (175) verbundene Aufnahmeelement (171) mittels der Magneteinrichtung (141) feststellbar und lösbar ist.
9. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Reinigungsvorrichtung (101) eine Zentralstation (203) zum Kommunikations- und/oder Datenaustausch und/oder zur Einsatzplanung der Flugdrohne (103) und des jeweiligen Reinigungsroboters (105) aufweist oder der
Reinigungsvorrichtung (101) die Zentralstation (203) zugeordnet ist.
10. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugdrohne (103) eine Kamera (125), ein Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessgerät, eine
Positionserkennungseinrichtung, eine Regelungseinrichtung zur Flugwegoptimierung und/oder eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit dem Reinigungsroboter (105) und/oder der Zentralstation (203) aufweist.
11. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Reinigungsroboter (105) eine Andrückeinheit zum Andrücken der Reinigungseinheit (133) an eine Oberfläche des zu reinigenden Solarmoduls aufweist.
12. Reinigungsvorrichtung (101) nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Reinigungsroboter (105) eine Regelungseinrichtung zur Laufzeitoptimierung, einen Näherungssensor (135) zum Erkennen einer Abmessung des zu reinigenden Solarmoduls und/oder eine Kommunikationseinheit zum Kommunizieren mit der Flugdrohne (103), weiteren Flugdrohnen, einem weiteren Reinigungsroboter, weiteren Reinigungsrobotern und/oder der Zentralstation (203) aufweist.
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