TEIL C

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2012 (b)

Ein wesentlicher Schwerpunkt bei der Nutzung von Solaranlagen ist ihre saubere Oberfläche, denn Verschmutzungen durch Laub, Pollen, Vogelkot, Staub, Sand, Ruß und Asche, der Bewuchs mit Algen, Flechten und Moos, oder auch eine Schnee- bzw. Eisdecke können den Stromertrag verringern oder sogar gänzlich unterbinden.

Die Reinigung von Solarmodulen, die in großen Solarfarmen in trockenen Regionen der Welt installiert sind, erfordert kostbare Betriebs- und Wartungsressourcen, hauptsächlich in Form von Arbeit und Wasser. Die Reinigung macht schätzungsweise rund 40 % der Betriebs- und Wartungskosten einer Photovoltaikanlage aus. Daher werden die Reinigungsintervalle auf ein Minimum reduziert, um diese Kosten zu senken, obwohl beispielsweise eine Staubschicht durchschnittlich alle 20 Tage entfernt werden müßte.

Erschwerend kommt hinzu, daß die manuelle Reinigung der Paneele große Teams an abgelegenen Standorten erfordert und oft zu ungleichmäßigen und nicht sehr gründlichen Ergebnissen führt. Der Einsatz von Personal während des Tages kann die Energieproduktion beeinträchtigen, während der Einsatz bei Nacht Sicherheitsrisiken und potentielle Schäden an der PV-Anlage mit sich bringen kann.

Mit zunehmender Anzahl und Größe der Solarfarmen rückt dieses sekundäre Problem der Technologie nun immer mehr in den Fokus. Schließlich hat es signifikante wirtschaftliche Auswirkungen: Nach Schätzungen des Photovoltaic Power Systems Programme (IEA-PVPS) der Internationalen Energieagentur (IRENA) belaufen sich die im Jahr 2018 durch die Verschmutzung verursachten Verlust auf mindestens 3 - 4 % der weltweiten jährlichen PV-Energieproduktion. Die entgangenen Einnahmen werden auf mehr als 3,2 Mrd. $ pro Jahr beziffert.

Noch wesentlicher ist meines Erachtens aber der immense Wasserbedarf, der bislang anfällt, um die Solaranlagen zu reinigen, und den MIT-Forscher 2022 auf jährlich 38 Mrd. Liter entsalztes und entmineralisiertes Wasser schätzen.

Im Mai 2012 berichten die Blogs über den Entwurf einer Gruppe von Studenten des California Institute of Technology (CalTech) und der University of California, Los Angeles (UCLA), der im Rahmen der National Clean Energy Business Plan Competition des US-Energieministeriums (DOE) ein Drittel des Preisgeldes in Höhe von 200.000 $ gewinnt.

Vor dem Hintergrund, daß Solarmodule regelmäßig gereinigt und gewartet werden müssen, damit sie effizient arbeiten, hat die Gruppe einen Roboter entwickelt, der Solarzellen mit weichen, rotierenden Bürsten reinigt. Während er sich seitlich entlang der Modulreihen bewegt, und dabei zwei durchschnittlich große Solarpaneele auf einmal abdeckt, verwendet er eine kleine Menge Wasser, um diese zu säubern. Er kann leicht für den Einsatz an einer Vielzahl von Solarmodulen und Montagearten konfiguriert werden, einschließlich fest ausgerichteter Arrays und einachsiger Tracker.

Der Roboter läßt sich leicht von zwei Bedienern steuern, die ihn einfach am Anfang einer Paneele-Reihe plazieren. Der Bordcomputer koordiniert dann den Roboter, während ein Bediener den Reinigungsfortschritt überwacht und Befehle erteilt. Das Team geht davon aus, daß der Roboter die Stromerzeugung bei Solarprojekten im industriellen Maßstab um bis zu 15 % verbessern kann, obwohl die Zahlen über die Wassermenge und die Dauer des Reinigungsprozesses bislang noch nicht bestätigt wurden.

Die Studenten gründen ein Start-Up namens Greenbotics Inc., das bereits im November 2013 von der Firma SunPower gekauft wird, nachdem es mit seinen firmeneigenen CleanFleet-Robotern und Serviceangeboten Hunderte von Megawatt-Anlagen im Südwesten und Westen der USA gewaschen hat.

Anfang 2017 wird gemeldet, daß das Team von Greenbotics inzwischen an technischen Projekten bei SunPower arbeitet und schon eine Flotte von 40 Solarpaneel-Reinigungsrobotern verwaltet, um den Wasserverbrauch und die Arbeitskosten bei der Reinigung von Solarmodulen zu senken.

Die Firma vermarktet ihre Roboter-Reinigungstechnologie mit dem Argument, daß sie die Energieausbeute zu geringeren Kosten als herkömmliche Reinigungsmethoden und mit viel weniger Ressourcen steigern kann. Sie sei so mühelos, daß die Nutzer die Paneele zu den gleichen oder geringeren Kosten häufiger reinigen lassen können, was den Projektertrag um 5 - 10 % erhöht und zur Steigerung der finanziellen Erträge beiträgt.

Eine dreiköpfige Mannschaft mit nur zwei Robotern und einem LKW kann die 45.000 Paneele einer 20 MW Anlage in einer 10-Stunden-Schicht reinigen, was 20-mal schneller sei als eine manuelle Reinigung, und mit nur einer halben Tasse (236 ml) zudem noch 75 % (andere Quellen: 90 %) weniger Wasser verbraucht als die konventionellen Methoden wie Wasserdruck und Sprüh-Lkws. Andere Quelle sprechen davon, daß drei Personen in der Lage sind, 10 MW an Paneelen - 50 km lang, wenn sie nebeneinander liegen würden - in zehn Stunden zu reinigen.

Ich werden das Thema der PV-Reinigungsroboter nachfolgend weiter behandeln, bis zum Datum des aktuellen Updates Mitte 2024. Bei der Recherche ließen sich auch einige Vorläufer finden, die nicht unerwähnt bleiben sollen.

Zu diesen zählt beispielsweise die 2006 gegründete Integra Global Co. Ltd. in Südkorea, die seit 2012 ihre Solmaks (o. Solmæx) genannten Solarpaneel-Reinigungsroboter in zehn Länder geliefert hat. Es werden fünf verschiedene Modelle mit unterschiedlichen Konstruktionsgrößen angeboten.

SE/E  ist der Standard-Solarmodul-Reinigungsroboter; M ein abnehmbarer Solarpaneel-Reinigungsroboter; F ein Reinigungsroboter für Solarzellenplatten mit freier Bewegung; P ein längenverstellbarer Roboter; und One ein Reinigungsroboter mit horizontaler und vertikaler Bewegung. Details und Fotos sind auf der Firmenhomepage integrag.com zu finden.

Ab dem Jahr 2007 bietet die Robsys Europe GmbH aus Oer-Erkenschwick in Nordrhein-Westfalen innovative Roboterlösungen für den Reinigungssektor an und hat seitdem an ihrem Standort in der Türkei zahlreiche Entwicklungen in diesem Bereich vorangetrieben, insbesondere Reinigungsroboter für Fassaden (MVM, SPD, SKW Serien) und Glasgewächshäuser (BNG Serie).

Wann das Unternehmen seinen ersten Solarreinigungsroboter auf den Markt gebracht hat, habe ich noch nicht herausfinden können  doch dem Stand von 2024 zufolge wird inzwischen eine ganze Palette an Geräten angeboten. Dazu gehören die YTM Serie, deren Roboter projektspezifisch nach Kundenwünschen angefertigt werden und die mit einer Geschwindigkeit von 12 – 16 m/min eine tägliche Reinigungskapazität von 2 - 4 MW erreichen.

Varianten davon sind einmal die extrem schnelle YTM SMART Serie, von der eine ganze Flotte von einem einzigen Bediener ferngesteuert werden kann, der die Daten der Roboter in Echtzeit auf dem Bildschirm sieht. Dieser Reinigungsroboter muß nicht aufgeladen werden, da er integrierte Solarzellen besitzt. Zu anderen gibt es die YTM GREEN Serie, die in unterschiedlichen Größen gefertigt wird.

Die neuesten Produkte sind die RTM PRO Serie mit einer täglichen Reinigungsleistung von 1 - 3 MW, zwei doppelseitigen Bürstensystemen und einer Fernbedienung, die es als kabellose wie auch kabelgebundene Optionen gibt. Außerdem hat das Unternehmen einen autonomen Reinigungsroboter im Angebot, der zusätzlich eine KI nutzt, um defekte Solarzellen zu erkennen und zu kartieren.

Viel Presse bekommt die Robsys im Mai 2024, als der neue Solarreinigungsroboter RTM Mini eingeführt wird, der sich durch ein leichtes und kompaktes Design auszeichnet und nur eine minimale Menge an Wasser verwendet. Er eignet sich besonders für die Reinigung von kleinen bis mittelgroßen Solaranlagen oder Solarfarmen. Zu diesem Zeitpunkt exportiert die Firma ihre Reinigungsroboter bereits in 13 Länder.

Auch die im Jahr 2009 gegründete Schweizer Serbot AG in Stans, die ab 2012 Teil der Heppenstall Gruppe ist, bietet Doppelbürsten-Reinigungsroboter an, die an hohen Glasfassaden zum Einsatz kommen. Unter dem Namen Gekko Solar gibt es zudem eine spezielle Ausführung für Solarpaneele, die von einer Person bedient wird und mit zwei 130 cm breiten Bürsten pro Stunde bis zu 1.440 m² reinigen kann.

Dank seiner 20 Vakuum-Saugfüße an zwei nierenförmigen Trägerrahmen, die ihm seinen Namen verleihen, verliert der Roboter nie den Halt an den schrägen Paneelen. Hierzu sind in seinem Inneren sind zahlreiche Komponenten des Pneumatik-Spezialisten Festo verbaut. Um sich zu bewegen, sind zwei Kettenschienen um die ,Nieren’ herum befestigt.

Auch vom Gekko werden vier unterschiedliche Varianten angeboten, bei denen die Trägereinheiten mit allen möglichen Reinigungsaufsätzen wie Bürsten und Wischern ausgestattet werden können, und deren Preise zwischen rund 18.000 € und gut 93.000 € variieren (Stand 2024).

Zu den früh akiven Firmen gehört auch die 2008 gegründete istraelische GEVA BOT (o. GSI-Geva Solar) in Be’er Tuvia, die ihr erstes Reinigungssystem schon ein Jahr später kommerziell in Israel einsetzt.

Der gleichnamige Geva-Bot wird auf das Modul aufgesetzt und reinigt es mit Hilfe einer rotierenden Bürste. Mit bis zu 6 m Länge besitzt der Roboter eine Trocken- und eine Naßbürsten-Variante. Das System schafft durchschnittlich 500 Module pro Stunde, wobei der Naßreinigungs-Wasserverbrauch bei einem Liter pro Panel liegt. Mit einem Gewicht von 12,5 kg des 1 m langen Roboters reicht die eingebaute Batterie drei Stunden und weist eine Ladezeit von sechs Stunden auf.

Neben dem halbautomatischen Robotern Patroller 1000 und Patroller 2000, die sich alle drei Sekunden einen Meter vorwärtsbewegen, gibt es noch einen manuellen teleskopischen Roboter sowie ein integriertes Robotersystem (IRS), das mit einem 1.000, 2.000 oder 3.000 Liter-Wassertank und bis zu vier Robotern ausgestattet, die auf die Breite der Modulreihen zugeschnitten sind. Bei Einsatz des Patroller 2000 lassen sich damit bis zu 2.000 Module pro Stunde reinigen.

Im Januar 2011 erscheint in den Blogs ein einfach aufgebautes Modulreinigungsgerät mit zwei gegenläufig rotierenden Reinigungsbürsten, die nur über den Wasserdruck angetrieben werden, das von der Firma Schletter GmbH mit Sitz in Kirchdorf/Haag stammt.

Das ca. 15 kg schwere PvSpin wird vom First aus abgelassen und kann dann ergonomisch von einer Person bedient werden. Festsitzender Schmutz wird durch die Rotation der Bürsten und das gefilterte Wasser problemlos entfernt. Eine Führung entlang der Modulrahmen erhöht den Komfort beim Reinigen. Das Gerät soll ab April lieferbar sein, zu einem Preis von 7.720 €. Inzwischen ist es aber nicht mehr im Angebot der Firma, und auch das Modell PvSpin Gen2 gibt es nicht mehr.

Ebenfalls im Jahr 2011 wird die 2009 gegründete indische Firma Indisolar Products Pvt. Ltd. aus Balapur, Hyderabad, im Bereich der PV-Reinigungsroboter aktiv. Hierfür werden automatische, wasserlose Roboter für dezentrale Solarkraftwerke, Aufdachanlagen und Solarstromanlagen entwickelt, patentiert und gefertigt, die eine Reinigungsbreite von 2 - 6 m erreichen.

Die ferngesteuerte, einheitliche On-Demand-Reinigung geschieht mittels einer rotierenden Hochgeschwindigkeits-Schraubenbürste ohne mechanische Beanspruchung der Moduloberfläche, wobei die Stromversorgung durch wiederaufladbare Li-Ionen-Akkus erfolgt, die durch die eigenen PV-Paneele aufgeladen werden.

Und auch die B.P. Metalmeccanica s.r.l. in Fossato di Vico, Italien, die ansonsten Komponenten für Industriemaschinen sowie Auffangschirme für die Olivenernte und Hängefrüchte herstellt, beginnt 2011 damit, eine Maschine zur mechanischen Reinigung von Photovoltaikmodulen zu produzieren, die allerdings einen hydraulische Teleskoparm erfordert. Damit ausgestattet kann sie mit Bürsten von bis zu 7,5 m Länge arbeiten. Das System, das mit Wasser oder trockenen Methoden funktioniert, verwendet dabei dieselbe Bürste.

Bei der Wasserreinigung arbeitet die Maschine mit heißem Wasser, dessen Temperatur durch Rückgewinnung der vom Hydrauliksystem der Maschine freigesetzten Wärme um 15° - 20°C erhöht wird. Um Beschädigungen der Paneele zu vermeiden, besitzt der Bürstenkörper Näherungssensoren, die direkt auf die Steuerung der Maschine einwirken und einen konstanten Abstand der Bürste zu den Paneelen garantieren. Die Bürste ist durch eine Plexiglasabdeckung geschützt, die verhindert, daß sich Rückstände außerhalb der Bürste verteilen.

Die Maschine ist mit einer klimatisierten Kabine für eine komfortable Nutzung und mit Arbeitsscheinwerfern an der Vorder- und Rückseite ausgestattet, die den Einsatz auch bei Nacht ermöglichen. Zudem erlaubt ein bordeigenes Videosystem, den Arbeitsbereich zu überblicken. Die Arbeitsgeschwindigkeit wird mit 900 - 1.500 m/h angegeben. Das Gerät wird im Laufe der Zeit ständig verbessert, und inzwischen bietet das Unternehmen drei verschiedene Lösungen für das Waschen und Reinigen von Photovoltaikmodulen an.

Vom Juni 2013 stammen die ersten Berichte über die bereits 2008 gegründete Alion Energy in Richmond, Kalifornien, die autonome Roboter für den Bau und die Trocken- oder Naßreinigung von Solarfarmen entwickelt, wobei der Installations-Roboter Rover und der Reinigungs-Roboter SPOT genannt werden. Die beiden sollen die Kosten für den Bau und die Wartung großer Solaranlagen senken.

Laut Greentech Media sei zwar der Anteil der Module an den Systemkosten von 53 % im Jahr 2010 auf 35 % im Jahr 2013 gesunken, doch im gleichen Zeitraum stiegen die Kosten für Genehmigungen, Technik und Arbeit einschließlich Wartung von 9 % auf 15 %. Was bedeutet, daß es hier noch beträchtliche Einsparpotentiale gibt. Über das Alion Mounting System (AMS) und andere Montage-Roboter berichte ich zu einem späteren Zeitpunkt, hier soll es ja um das Thema Paneele-Reinigung gehen.

Angetrieben von seiner eigenen solarbetriebenen Batterie rollt Spot auf Betonschienen, die sein Gewicht von den Paneelen fernhalten. Er kann für die Naß- oder Trockenreinigung in bestimmten Intervallen programmiert und über ein Smartphone aktiviert werden. Bei der Naßreinigung bespritzt er die Paneele mit Wasser und fährt dann mit einer sich drehenden Bürste und einem Abzieher über sie hinweg. Außerdem verfügt Spot über einen Heckenscherenaufsatz, mit dem die Vegetation gestutzt werden kann.

Ein weiteres Produkt ist der Alion Storm Tracker, ein ballastierter einachsiger Tracker für Standorte mit schwierigen geotechnischen Bedingungen, der kompatibel mit dem automatischen SPOT-Panelreinigungssystem ist.

Die Alion verfügt über einen 50 kW Demonstrationsstandort an seinem Hauptsitz, und im Moment sind zwei Rover und fünfzehn Spots in fünf Farmen in den USA und Japan installiert, weitere sollen noch vor Jahresende folgen. Zudem werden derzeit in Kalifornien, Saudi-Arabien und China erste Pilotprojekte in der Größenordnung von 1 - 2 MW entwickelt, die noch in diesem Jahr in Betrieb genommen werden sollen. Seine Mittel hat das Unternehmen durch zwei Finanzierungsrunden in Höhe von insgesamt rund 30 Mio. $ (andere Quellen: 50 Mio. $) eingeworben.

Im Juni 2018 kündigt die Alion die Lieferung des Storm Tracker- und Spot-Reinigungssystems für das 3,6 MW Projekt Calle Larga von iEnergía in Chile an, nachdem bereits Projekte in Mexiko, den USA und Indien realisiert wurden. Ob die Alion Energy eine Tochter der im Dezember 1999 gegründeten Firma Alion Inc. ist, ließ sich bisher nicht herausfinden.

Ebenfalls im Jahr 2013 wird die RST CleanTech Solutions gegründet, die sich schnell zu einem weltweit führenden Unternehmen im Bereich der automatischen Reinigung von Solarmodulen entwickelt, mit Niederlassungen in Israel, Spanien, Italien, Chile und den Vereinigten Staaten.

Die Firma bietet ein vollautomatisches Solarpaneel-Reinigungssystem ohne bewegliche Teile an, das über das Telefon gesteuert werden kann. Das System RST NightWash erfordert keine Bürsten, keine Roboter und keine Arbeit, um die Paneele sauber zu halten - denn es besteht im Grunde aus nichts anderem als Sprinklern, die oberhalb der Paneele angebracht werden, um sie regelmäßig ,abzuduschen’.

Damit zählt das System nicht zu den Roboter-Lösungen, sollte hier aber trotzdem nicht unerwähnt bleiben. Wir werden später noch auf ähnliche Umsetzungen stoßen, die aber alle dem selben Zweck dienen, die Solarmodule sauber zu halten.

Im März 2014 schreiben die Blogs erstmals über das im Vorjahr gegründete israelische Unternehmen Ecoppia in Herzlia, dessen automatische E4-Ecoppia Reinigungsroboter bereits in dem in der Negev-Wüste gelegenen Solarpark Ketura Sun im Einsatz sind, einen Gemeinschaftsunternehmen von Arava Power und der Siemens AG. Zuvor wurden die dortigen Paneele nur etwa neun Mal pro Jahr reinigt, da das manuelle Verfahren mühsam, kostspielig und potentiell unsicher war. Außerdem dauerte ein Durchlauf bis zu fünf Tage.

Das ist nun anders, denn jetzt reinigen fast hundert E4-Roboter völlig autark jeden Tag nach Sonnenuntergang die Paneele. Mit weichen Mikrofaserelementen und einem Luftstrom-Reinigungssystem werden bis zu 99 % des Staubs entfernt, wobei ein Roboter mit Hilfe des ausgeklügelten Windensystems in 30 Sekunden 54 m² säubern kann. Tagsüber laden sich die Geräte mit Solarenergie auf und können dann mit einer einzigen Ladung drei Nächte lang arbeiten.

Das Unternehmen gibt im Juli 2020 eine strategische Investition in Höhe von 40 Mio. $ durch die Immobilienholding CIM Group bekannt. Die Kapitalzufuhr wird es Ecoppia ermöglichen, seine geographische Expansion fortzusetzen, da immer mehr Regionen die Vorteile der Umstellung auf Roboterreinigung erkennen. Insgesamt kann sich die Firma von führenden institutionellen Investoren 82,5 Mio. $ sichern. Im Dezember folgt der Börsengang an der Tel Aviv Stock Exchange (TASE), bei der das Unternehmen mit 300 Mio. $ bewertet wird.

Im Mai 2022 stellt die Ecoppia auf der SmarterE-Veranstaltung in München das neue Modell H4 vor, das Mikrofasern und einen kontrollierten Luftstrom verwendet, um Staubpartikel von der Moduloberfläche nach unten zu leiten. Das Gerät wiegt bis zu 50 kg und hat eine Reinigungsgeschwindigkeit von 22 m/min, wodurch es 1 km Paneele in weniger als einer Stunde reinigen kann.

Im Jahr 2024 wird die Ecoppia, die inzwischen Büros in Indien und Chile hat, von der Firma Eco-Ops Ltd. übernommen, welche von Mitgliedern des Ecoppia-Managements geführt wird.

Im Juni 2014 erscheint eine Studie der Arizona State University mit dem Titel ,Effect of tilt angle on soiling of photovoltaic modules’, in der der Einfluß des Neigungswinkels auf die Verschmutzung von PV-Modulen untersucht wird. Um die höchste jährliche Energieerzeugung aus einer fest installierten PV-Anlage zu erzielen, werden die Module in der Regel in einem Neigungswinkel installiert, der dem Breitengrad des Anlagenstandorts entspricht.

Um den Verschmutzungsverlust bei verschiedenen Neigungswinkeln (0°, 5°, 10°, 15°, 20°, 23°, 30°, 33°, 40°) zu bewerten, wird eine kostengünstige Verschmutzungsstation entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, daß es besonders an staubigen Standorten besser wäre, den Neigungswinkel etwas höher einzustellen, da dies den Verschmutzungsverlust minimieren würde.

Ein weiteres Unternehmen, das im November 2014 in den Blogs erscheint, ist die in Connecticut beheimatete Bitimec Wash-Bots Inc., die bislang hauptsächlich Waschanlagen und -maschinen für Busse und Lastkraftwagen hergestellt hat.

Mit dem Modell RoboKlin 25 (o. PV Solar Wash System) wird nun auch eine Maschine zur Reinigung bodenmontierter Photovoltaik-Paneele angeboten, die in Zusammenarbeit mit Messersi entwickelt wurde, einer italienischen Firma für Raupen-Dumper, Minibagger und Minikipper. Die Reinigung der Solarmodule erfolgt mit einer Kombination aus Wasser und sanfter Schaumbürstenreibung.

Das System, das auf einem Gummiketten-Dumper-Fahrgestell montiert ist, verwendet hierzu eine ,foam-lite’-Bürste an einem Messersi-Teleskopausleger sowie Ultraschallsensoren zur Einstellung der Bürste, um einen nur federleichten Druck auf die zu reinigenden PV-Paneele aufrechtzuerhalten und Beschädigungen zu vermeiden.

Mit einer Waschgeschwindigkeit von 25 m/min und vier Bürsten mit einer Länge von 1,8 - 4,0 m kann ein Bediener pro 8-Stunden-Schicht mühelos 12.000 Solarmodule waschen, und das mit nur 4.500 Litern Wasser.Die Funktion wird in einem Video gezeigt, das im September 2015 erscheint.

Neben den bislang genannten Firmen sind 2014 noch diverse andere auf dem Markt, die aber nur kleine, manuelle Systeme anbieten, die hier nicht im Einzelnen betrachtet werden sollen. Dazu gehören beispielsweise die deutschen Firmen Kärcher (Bürstenköpfe iSolar 800 und iSolar 400); Karlhans Lehmann KG (Systemfamilie QLEEN Solar); Cleantecs GmbH (SOLA-TECS C und W); und August Mink GmbH & Co. KG (Industriebürsten).

Dazu gibt es Firmen wie die Innovpower Technology Co. Ltd. aus Shenzhen, Guangdong, oder die Shandong Haowo Electric Co. Ltd. aus Dezhou, Shandong, die Montagesysteme, Wechselrichter und Paneele-Reinigungsgeräte angeboten haben, inzwischen aber nicht mehr existent sind.

Ein weiteres Unternehmen zur Reinigung von Solarmodulen ist die 2010 gegründete Voltanet in Fayt-lez-Manage in Belgien. Der erste Roboter wird 2015 angeschafft, damit das Team mit der neuesten Technologie ausgestattet ist und schnelle und hochwertige Dienstleistungen erbringen kann. Dabei entscheidet sich die Firma für den Roboter der SolarCleano (s.u.). Auf solcherart Dienstleister werde ich aber nicht weiter eingehen, sondern den Fokus nur auf die Entwickler und Hersteller richten.

Das spanische Unternehmen Solar Cleaning Machinary (SCM) in Zaragoza beginnt im Jahr 2015 damit,  Ausrüstungen zur Reinigung von Solaranlagen zu entwickeln und herzustellen. Das Angebot  umfaßt die Modelle P1 (Bürste und Stange, manuell), D2 (Teleskoparm an Traktor mit Tank), A2 (Solarreinigung mit Bagger), S2 (PV-Reinigungsroboter) und K2 (Roboter mit manueller Traktion).

Der programmierbare Reinigungsroboter S2 ist für die Trocken- und Wasserreinigung geeignet, hat eine gegenläufig rotierende Doppelbürste, ist leicht, tragbar und anpaßbar an verschiedene Modulgrößen.

Die Firma wirbt damit, für jede Anlage maßgeschneiderte Produkte anzubieten. Das Team würde ständig neue technische Lösungen erforschen und entwickeln, um die neuesten auf dem Markt verfügbaren Technologien in die Produkte zu integrieren.

Im Dezember 2015 wird von dem Systemingenieur Assaf Friedler, dem Robotikexperten Prof. Gal Kaminka und dem KI-Robotikunternehmen Cogniteam die israelische Firma Blade Ranger (o. BladeRanger) gegründet, die etwa drei Jahre lang als Inkubator-Unternehmen von Capital Nature tätig, wo sie Entwicklungszuschüsse der Innovationsbehörde erhält.

Das erste Produkt, das die Blade Ranger entwickelt, ist der batteriebetriebene Roboter PLECO für die autonome Reinigung und Inspektion von PV-Modulreihen. Der 20 kg schwere, autonome Roboter verfügt an der Unterseite über zwei Vakuumkammern, die es ihm ermöglichen, in einem Winkel von bis zu 45° zu arbeiten. Zudem ist er in der Lage, Lücken von ca. 10 cm zu überwinden, während er sich durch die Reihen der Paneele bewegt. Mit jeder Aufladung kann er eine Fläche von ca. 3.200 m² abdecken - bzw. 250 kW in drei Stunden reinigen, wie es die Firma ausdrückt.

Die Blade Ranger wird im Dezember 2020 in Tel Aviv mit einem Wert von 24 Mio. $ in den Handel aufgenommen. Innerhalb von zwei Monaten steigt der Wert des Unternehmens auf fast 62,2 Mio. $, fällt später aber auf einen Wert von nur noch 2 Mio. $, was nicht gerade Vertrauen erweckt.

Außerdem kann die Firmae erst im August 2021 melden, daß sie sich auf erste Verkäufe im Jahr 2022 vorbereitet. Hierzu wird eine Vereinbarung mit der Flextronics International Ltd. (später: Flex Ltd.) mit Sitz in Singapur unterzeichnet, die sich an der Produktion der Roboter beteiligen wird. Es sollen schon viele Bestellungen von internationalen Kunden eingegangen sein.

Als das aber tatsächlich nicht passiert, gibt die Blade Ranger im Oktober 2023 bekannt, daß sie nicht in der Lage ist, neue Finanzierungsquellen zu finden, und daher gezwungen sei, ihre Aktivitäten zu reduzieren. Der kumulierte Verlust in zwei Jahren belief sich auf ca. 6,5 Mio. $.

Im November folgt die Meldung, daß die Blade Ranger - nachdem sie mit der Vermarktung ihres Roboters gescheitert war - nun mit der ebenfalls israelischen Firma Solar Drone Ltd. fusioniert, die eine Drohne für die Reinigung von Solarzellen entwickelt hat. Für den Zusammenschluß wird die Blade Ranger versuchen, über eine Bezugsrechtsemission weitere 2,5 Mio. $ von ihren Aktionären zu erhalten. Über den Einsatz der Drohne zur Reinigung von Solarfarmen - gemeinsam mit der Firma Airobotics - berichte ich in der Jahresübersicht der Elektro- und Solarfluggeräte 2021 (s.d.).

Zu diesem Zeitpunkt behauptet die Firma, bereits Dutzende ihrer Roboter ausgeliefert zu haben, hauptsächlich an Industriegebäude. Bestätigen läßt sich dies bisher aber nicht.

Um das Thema Einsatz von Drohnen zur Weiterentwicklung von Photovoltaik-Reinigungssystemen abzurunden, sei an dieser Stelle auf zwei exemplarische Fälle verwiesen. Eine Variante wurde von einem Team unter der Leitung von Prof. Heon Hwang an der Sung Kyun Kwan University (SKKU) in Seoul entwickelt und im Oktober 2020 von der SKKU-Bridge in einem YouTube-Clip präsentiert.

Der durch mehrere Patente geschützte Drone Robot besitzt vier rotierende Reinigungsflächen, deren Position und Auflagedruck gesteuert werden kann. Zum Einsatz wird der Roboter auf die zu reinigende Photovoltaikanlage geflogen. Dort setzt er auf und sucht selbständig eine Ecke der Fläche, von der aus die Reinigung beginnt.

Für verschiedene Einsatzformen werden sechs Modelle mit runden und walzenförmigen Reinigungsflächen entwickelt, und mit einem speziellen Raupenmodus können Neigungen von bis zu 40° gemeistert werden. Zum induktiven Aufladen gibt es ein spezielles Lande-Pad. Es ist allerdings noch nichts darüber zu finden, daß diese Drohnen auch praktisch eingesetzt werden.

Bei der anderen Variante handelt es sich um eine Drohne der Firma Aqualine Drones (A.D), die die Reinigung aus der Ferne praktiziert. Der im August 2022 vorgestellte Roboter setzt sich nicht auf die Solaranlage, sondern bleibt während der gesamten Zeit im Flug, von wo aus er in zwei Strahlarten Wasser und Reinigungsflüssigkeit auf die Flächen spritzt, die ihm vom Boden aus mittels Schlauchleitung zugeführt werden.

Je nach Verschmutzung wird bei ,Soft-Wash’ und bei ,High-Pressure’ mit verschiedenen Drücken gereinigt. Ein großer Vorteil der Spartacus Endure genannten Sprühdrohne ist die risikofreie Verwendung bei jeglichem Neigungsgrad der Paneele. Zudem kann sie auch gut für Fassaden genutzt werden.

Als nächste Firma in der Chronologie ist die britische Lightsource bp zu nennen, die im April 2016 das Lightsource Panel Cleaning System (LPCS) vorstellt, mit dem bis zu zehnmal mehr Paneele pro Tag gereinigt werden können als mit der herkömmlichen Handwäsche - was bei einem wachsenden O&M-Portfolio von mehr als 1.100 MW auf 6.000 Hektar Land sicherlich sinnvoll ist.

Das im Jahr 2010 als Lightsource gegründete Unternehmen für Entwicklung, Management und Betrieb von Solar- und Batteriespeicherkraftwerken in großem Maßstab geht 2017 eine Partnerschaft mit dem international tätigen Mineralölunternehmen BP p.l.c. ein und trägt seither den gemeinsamen Namen.

Das auf einem Traktor montierte System verwendet unter Druck stehende Wassersprühdüsen und einen rotierenden Bürstenkopf, um Schlamm, Schmutz und Dreck von den Solarmodulen zu entfernen. Das System verbraucht wesentlich weniger Wasser als herkömmliche Methoden und kann für den Einsatz an einer Vielzahl von Maschinen und Standorten angepaßt werden. Bevor das neue LPCS-System in Betrieb genommen wird, werden aber noch umfangreiche Tests durchgeführt, um sicherzustellen, daß es die Module nicht beschädigt und keine Mikrorisse in den Paneelen verursacht.

Nachtrag: Im November 2023 erklärt sich die BP bereit, das Solarenergie-Joint-Venture Lightsource bp vollständig zu übernehmen und die verbleibenden 50,03 % der Anteile zu einem Basiswert von 254 Mio. £ zu erwerben. Es ist Teil der Bemühungen des britischen Ölriesen, seine Kapazitäten im Bereich der erneuerbaren Energien auszubauen.

Ebenfalls 2016 wird die Solavio Labs Pv Ltd. gegründet, mit Sitzen in Indien und Dubai, die die autonome Reinigung von Solarmodulen zu ihrem Thema macht. Die Lösung der Firma ist ein System mit modularem Aufbau, das mit nahezu jeder Art von Struktur, Montagefläche, Neigung oder klimatischen Bedingungen kompatibel ist.

Neben einem manuellem Reiniger (Moto Handheld) werden zwei leichte und tragbare autonome oder ferngesteuerte Roboter für die Trockenreinigung angeboten (Dependent Bot und Independent Bot), sowie zwei schnelle, lange und allradgetriebene Reinigungsroboter (Eco Bot MF bzw. NB).

Um die Abnutzung der PV-Paneel-Oberfläche zu vermeiden und eine maximale Reinigungseffizienz zu gewährleisten, verwenden die Bürsten der Solarreinigungsroboter die patentierten, UV-beständigen Tynex-Borsten von DuPont.

Gemäß Berichten vom November 2022 hat Solavio zwischenzeitlich einen preisgünstigen, tragbaren, Eco Bot genannten Reinigungsroboter für Freiflächen- und Aufdach-Solaranlagen entwickelt, der eine röhrenförmige Trockenreinigungsmethode nutzt, um Paneele durch Luftstrom und Reibung von einem antistatischen Mikrofasertuch zu reinigen. Der Roboter, der mit einer Lithium-Batterie ausgestattet ist, kann manuell verschoben werden, um andere Reihen von Paneelen zu bedienen.

Im Jahr  2017 wird von Christophe Timmermans und Pol Duthoit die Luxemburger Firma SolarCleano gegründet, als Robotikunternehmen, das sich auf die Bereitstellung innovativer autonomer und halbautonomer Lösungen für die Reinigung von Solarpaneelen spezialisiert.

Der gleichnamige SolarCleano F1 wird als der „ultimative Roboter“ bezeichnet, der Solarmodule auf effiziente Weise säubert, denn schon ein einziger Durchgang ist ausreichend für eine optimale und schnellere Reinigung. Der kettengetriebene Bot wird über eine Fernbedienung gesteuert, so daß für den Bediener kein Risiko besteht, in der Höhe zu arbeiten und die Paneele durch Tritte zu beschädigen. Dabei bietet eine auf der Oberseite des Roboters installierte Kamera dem Benutzer ein vollständiges Sichtfeld.

Das Gesamtgewicht der Maschine beträgt 60 kg, sie arbeitet mit langlebigen Batterien und ist mit verschiedenen Größen und Arten von schraubenförmigen Bürsten für den Einsatz mit oder ohne Wasser ausgestattet, wobei die Bürsten eine Breite von bis zu 120 cm. Da er in vier Teile zerlegbar ist, kann der SolarCleano F1 von nur einer Person getragen werden - und dann in weniger als zehn Minuten wieder einsatzbereit sein. Eine autonome Version F1A lädt ihre Batterien automatisch mit programmierten Sitzungen auf, die 24 Stunden am Tag laufen.

Ein weiteres Produkt ist der vollautomatische Solarroboter B1 bzw. B1A (o. SolarBridge), der auf die Bedürfnisse von Großkraftwerken zugeschnitten ist. Er führt Naß- und Trockenreinigungen mit rotierenden Bürsten von bis zu 6 m Länge durch. Eine integrierte KI ermöglicht die automatische Anpassung an die Höhe und Neigung der Solaranlagen, wodurch ein vordefinierter konstanter Druck auf die Solarmodule gewährleistet und das Risiko von Schäden vermieden wird. Der B1 ist der größte, intelligenteste und schnellste Roboter, der bisher von SolarCleano entwickelt wurde.

Alternativ gibt es den extrem leichten und vielseitigen Mini-Reinigungsroboter M1 für kleinere Solaranlagen. Und zusätzlich bietet die Firma auch noch den Transporter T1 an, der speziell für den Transport der Modelle F1 und M1 von einer Modulreihe zur nächsten entwickelt wurde.

Ab April 2017 bietet das japanische Robotikunternehmen MiraiKikai Inc. (o. Mirai, = Maschinen der Zukunft) in Takamatsu, Kagawa, den „weltweit ersten wasserfreien und vollständig automatisierten Reinigungsroboter für Solar-Großanlagen“ an, der überaus pragmatisch Solar Cleaning Robot Type 1 genannt wird. Er eignet sich perfekt für trockene Regionen und Wüsten, in denen Sand und Staub das Sonnenlicht blockieren, das auf die Module trifft. Außerdem ist Wasser in diesen Regionen knapp, so daß eine Trockenreinigung äußerst wünschenswert ist.

Das Unternehmen war im März 2004 von Tohru Miyake und einer Gruppe von Kommilitonen an der Universität Kagawa gegründet worden und hatte bereits auf der Expo 2005 einen an der Wand hochkletternden Fensterreinigungsroboter Wall Walker ausgestellt, der bald darauf mit dem Good Design Award 2007 des Japan Institute of Design Promotion ausgezeichnet wurde. Auf derselben Technologie aufbauend wurde nun ein autonomer Roboter zur Vereinfachung der Paneele-Reinigung entwickelt - der wiederum den Good Design Award 2017 gewinnt.

Der Roboter, der als Prototyp SMR-640AD genannt wurde, wiegt nur 17 kg und wird mit einem Li-Io-Akku betrieben, der pro dreistündiger Aufladung etwa 1,5 Stunden Betriebszeit bietet. Das Gerät nutzt KI und verfügt über Bürsten und Luftgebläse, mit denen es Staub und Sand von den Modulen abkehren kann, um eine hohe und konstante Reinigungsqualität zu leisten.

Mit Hilfe von Sensoren und einem autonomen Steuerungssystem fegt es automatisch über die gesamte PV-Anlage, wechselt die Richtung, um zur nächsten Modulreihe zu fahren und sichert sich davor, von der Anlage zu fallen. Die Lücken zwischen den PV-Modulen werden durch einen speziellen Mechanismus überbrückt, so daß kein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Die Techniker vor Ort müssen lediglich die Batterien austauschen und den Fortschritt des Roboters bei der Reinigung überwachen.

Ein Verifizierungstest im Nahen Osten belegt, daß beim Einsatz von fünf Robotern, die von einer Person bedient werden, die Reinigungskosten im Vergleich zur manuellen Reinigung um 80 % sinken. Angesichts der Behauptung, daß die gegenwärtigen Roboter noch nicht ausgereift seien und die Antireflexionsbeschichtung der Module beschädigen würden, hatte die MiraiKikai zusammen mit einem japanischen PV-Modulhersteller zudem einen beschleunigten 20-Jahres-Haltbarkeitstest durchgeführt, der ergab, daß der Roboter des Unternehmens die Beschichtung nicht beschädigt.

Im August 2018 gibt es eine Kapitalspritze in Höhe von umgerechnet rund 43 Mio. € von der Shikoku Electric Power Co. und anderen. Im Mai 2019 kommt der für Mega-Solarprojekte entwickelte Roboter Typ 2 auf den Markt, gefolgt im Januar 2020 vom Typ 4 für einachsige Tracker. Im Februar werden 61 Exemplare des Typ 4 ab ein großes Solarkraftwerk in Dubai geliefert.

In Bezug auf Antireflexionsbeschichtungen und -folien, die die Effektivität von Solarpaneelen steigern, sei darauf hingewiesen, daß ich diese ausführlich im Kapitelteil Optimierungs- und Verstärkungstechniken bearbeite (Update in Vorbereitung).

Das Thema Enteisung wird auch von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) behandelt, deren Interesse allerdings darin besteht, daß die Flügel von Flugzeugen, die Rotoren von Windenergieanlagen, Hochspannungsleitungen und Offshore-Plattformen künftig kein Eis mehr ansetzen.

Trotzdem soll ihr Ansatz hier vorgetragen werden, der im August 2018 in dem im Netz einsehbaren Artikel ,Photothermal trap utilizing solar illumination for ice mitigation’ veröffentlicht wird, da das System umweltfreundlich und clever ist. Es handelt sich nämlich um ein Spray, das einfach auf die Oberfläche gesprüht wird, wo es die Strahlen der Sonne sammelt, sie in Wärme umwandelt. speichert und verteilt.

Das von Prof. Kripa Varanasi und seinen Doktoranden Susmita Dash und Jolet de Ruiter entwickelte Spray besteht aus drei Schichten aus billigen, handelsüblichen Materialien. Die oberste Schicht sammelt das einfallende Sonnen- oder Kunstlicht ein und verwandelt es in Wärme. Dabei werden 95 % des Lichts absorbiert und nur 3 % wieder abgestrahlt. Damit sich diese Wärme seitlich über die zu enteisende Fläche verteilt, gibt es darunter eine 400 µm dicke Aluminiumschicht, und unter dieser eine dritte Schicht aus isolierendem Schaum, die verhindert, daß die Wärme aus der Aluminiumhaut nach unten entschwindet.

Die Schichten können nacheinander aufgesprüht werden. Auch eine dreilagige Beschichtung ist möglich, die auf die Flügel geklebt wird. Das Spray speichert zwar nicht so viel Wärme, daß es ganze Eisbrocken schmelzen könnte, aber es wehrt gewissermaßen den Anfängen, indem sich aufgrund der Wärme der Beschichtung ein dünner Wasserfilm bildet, auf dem sich das Eis nicht festklammern kann, auch nicht auf der der Sonne abgewandten Seite. Außerdem funktioniert das System sogar nachts, dann muß allerdings künstliches Licht die solare Strahlung ersetzen. Ein Einsatz bei PV-Paneelen ist aber vermutlich unmöglich, da die Beschichtung nicht transparent ist.

Ebenfalls im Jahr 2017 werden die beiden indischen Firmen Aegeus Technologies Pvt. Ltd. und Skilancer Solar gegründet. Erstere bietet „Indiens eigene wasserlose Solarpaneele-Reinigungsroboter“ an, die Shreem und Unicorn heißen und auf maschinellem Lernen und IoT-Technologie basieren; während die zweite einen zentral gesteuerten, durch eigene Solarpaneele selbst angetriebenen, ferngesteuerten Roboterarm anbietet, der KI verwendet und sogar tägliche Leistungsberichte über die wasserlos gereinigten Anlagen erstellt.

Die in Shenzhen City beheimatete chinesische Firma Todos Industrial Ltd., ein 2009 gegründeter Experte für Photovoltaik-Energiespeichersysteme, beginnt sich im Jahr 2018 als Reaktion auf die kundenspezifische Nachfrage eines Energieunternehmens nach automatischer Reinigung von Solarkraftwerken mit der Entwicklung und Herstellung entsprechender Maschinen zu beschäftigen.

Auch hier ist die Lösung ein mit Solarzellen bestückter, selbstversorgender Roboterarm, der eine wasserlose Reinigung durchführt. Daneben wird aber auch noch ein kleiner, 10 kg schwerer Solarpaneele-Waschroboter konstruiert, der Trocken- und Wasserreinigung mischt.

Inzwischen gehört das Unternehmen zu den professionellen Hersteller von automatischen  Solarpaneel-Reinigungsrobotern, deren neueste Versionen fortschrittliche KI-Algorithmus-Architektur-Systeme nutzen und den Kunden maßgeschneiderte Lösungen bieten. Die Todos-Roboter kommen neben Solarfarmen auch bei Dachkraftwerken, Parkplatzdachpaneelen und Fischerei-Solar-Hybridkraftwerken zum Einsatz, wo die Roboter über ein eigenes Schienensystem von einer Paneele-Reihe zur nächsten versetzt werden. Auf der Firmenhomepage, die es sogar in einer arabischen Version gibt, sind entsprechende Videoclips zu sehen.

Außerdem wird 2018 wird die chinesische Firma IFBOT Technology aus der Taufe gehoben, die mit dem IFBOT X3 einen tragbaren und völlig autonomen Solarpaneelereiniger anbietet, der sich durch sein ultraleichtes Design auszeichnet. Er stabilisiert und bewegt sich mittels einem zentralen und zwei peripheren Saugfüßen.

Bei einer Größe von 1020 x 188 x 180 mm und einem Gewicht von nur 6,2 kg wird die (Wechsel-)Akkulaufzeit pro voller Ladung mit vier Stunden angegeben. Die Produktivität der Bürsten-Trockenreinigung beträgt 30 m²/h.

Im März 2019 wird über das chilenische Start-Up Inti-Tech berichtet, das von den Ingenieuren Nicolás Correa, Camilo Flores Garrido und Mauricio Castillo begründet wurde und ebenfalls einen Roboter entwickelt hat, der Solarpaneele ohne einen Tropfen Wasser reinigen kann. In der Meldung heißt es, daß derzeit weltweit bereits mehr als 22 Milliarden Liter Wasser pro Jahr verbraucht werden, um Solarpaneele zu reinigen - leider ohne die Quelle dieser Schätzung zu nennen.

Bisher warben die Forscher mit der Unterstützung des Global Start Up Program der Singularity University im Silicon Valley für ihr Projekt 1,8 Mio. $ ein, weitere 2 - 4 Mio. $ sollen noch in diesem Monat in einer Finanzierungsrunde folgen. Dann will die Firma mit einer Flotte von 4.000 Robotern losgehen, die tagsüber aufgeladen werden, um sich dann in der Nacht ans Werk zu machen. Tatsächlich bekommt die Inti-Tech im Mai 2020 von dem Inkubator Alchemist Accelerator aus San Fransisco Investitionsmittel in Höhe von 2 Mio. $. Die Firma hat übrigens nichts mit der IntiTech Solar ausCosta Rica zu tun.

Die nächste Firma, über die erstmals im Dezember 2019 etwas erscheint, ist die in Bailleul beheimatete französische AX System, ein Anbieter von Hochdruckreinigungslösungen für luftgekühlte Kondensatoren und Kühler in der Industrie, die nun eine neue Marke bzw. Firma AX Solar Robot bekannt gibt, die vollständig der Reinigung von Solarpaneelen gewidmet ist.

Für große neue, als auch für bestehende Aufdach-Solarkraftwerke wird ein fest installierter autonomer Roboter namens Spider entwickelt und produziert, der als der erste bezeichnet wird, der Dank seiner Schmutzerkennungsfunktion die Anlage so oft wie nötig reinigt. Er lädt sich mit seinem eingebauten Solarpaneel selbst auf, kann aber auch an die Solaranlage angeschlossen werden. Zur Funktion wird der Bürstenkopf von einem schienenbasierten Führungswagen und Ladestation an einem Kabel abgelassen. wodurch es keine Neigungsbegrenzung gibt.

Daneben gibt es zwei Standardmodelle Rider M und Rider S für Solardachanlagen sowie den WetSlider für freistehende Tracker-Anlagen, der erstmals auf der Intersolar Europe im Oktober 2021 vorgestellt wird. Dieser völlig autonome Roboter benötigt keinen Strom- oder Wasseranschluß, da er von einem Dieselpumpenaggregat mit Druckwasser zum Reinigen und Bewegen versorgt wird. Durch den Verzicht auf Batterien oder Elektronik soll eine besonders hohe Zuverlässigkeit erreicht werden. Die Reinigungsgeschwindigkeit mit einer 2 m breiten Hochleistungsbürste soll bis zu 19 m/min betragen, wodurch pro Stunde über 2.200 m² gesäubert werden können. Das System ist in Chile, Mexiko und Mali im Einsatz.

Im September 2022 bringt die AX Solar Robot zwei neue batterielose, hydraulisch betriebene Reinigungslösungen für Freiflächen-PV-Anlagen auf den Markt, darunter den WetSlider XL, der die Reinigung von Paneelen mit einer Länge von bis zu 6,5 m ermöglicht.

Die Variante WetSlider F wiederum ermöglicht die Reinigung von schwimmenden Solaranlagen, indem er sich an die Größe der Paneele anpaßt und selbständig die Lücken zwischen zwei benachbarten Paneelreihen von bis zu 42 cm überbrückt. Die hohe Reinigungsqualität und -effizienz wird durch die Verwendung von entmineralisiertem Wasser und durch eine hohen Rotationsgeschwindigkeit der Bürste erreicht. Und dank 450 m langer flexibler Schläuche, die aufgrund der firmeneigenen Hydrauliktechnologie möglich sind, kann die gesamte Länge der Reihen problemlos gereinigt werden.

Außerdem wird im Jahr 2019 die Boson Robotics Ltd. in Los Angeles gegründet, deren Forschungs- und Entwicklungszentrum, die Produktionsstätte und das Servicezentrum sich in der Inneren Mongolei, in Qinghai und in Peking befinden - was das Unternehmen wohl zu einem chinesischen macht.

Anderen Quellen zufolge wurden der Boson Robotics bereits 2017 jeweils zehn chinesische und US-Patente für ihre Roboter erteilt. Zu diesem Zeitpunkt startete auch die Produktion des Roboters der ersten Generation, Plato, und auf der 11. SNEC Expo wird der Konzept-Roboter SCADA vorgestellt. Bis Ende des Jahres sind schon mehr als 200 Roboter in zwei Solarparks in Nanjing und der Inneren Mongolei installiert. 2018 wird ein neues menschengestütztes Robotersystem für die Paneelereinigung angekündigt und die zweite Generation des Boson-Roboters vorgestellt, Archimedes.

Der Ansatz von Boson Robotics basiert darauf, sowohl Energie als auch Fläche zu sparen, weshalb die Systeme nicht nur ultraleicht sind, sondern auch über ein Selbstladesystem verfügen. Der Roboter ist ferner mit einem Algorithmus ausgestattet, um Hindernisse in den Lücken zwischen den Paneelen zu überwinden, und er richtet sich selbst aus und paßt seine Haltung in einem Intervall von 0,3 Sekunden an, um die Greifkraft der Räder an den Modulrahmen zu maximieren, so daß er nicht Gefahr läuft, stecken zu bleiben.

Zudem ist der Roboter mit einem eigenen PV-Paneel ausgestattet, um seine Batterie aufzuladen, für das eine eigene „sehr billige automatische Reinigungslösung“ gefunden wurde. Er arbeitet nur am frühen Morgen oder am späten Abend, wodurch wertvolle Tageszeit für die Stromerzeugung frei wird, und besitzt zur effektiven Reinigung ein speziell entwickeltes Bürstensystem. Die Firma behauptet dementsprechend, die „weltweit effizienteste Roboter-Solarreinigungslösung für PV-Solarparks“ anzubieten.

Inzwischen sind die Boson-Roboter in mehr als 20 Solarparks in über zehn Ländern weltweit integriert. Auf den neueren Fotos sind allerdings zumeist Roboter ohne eigene PV-Paneele zu sehen, die dafür eine speziell designte Abdeckung haben.

Auch die großflächige Anhäufung von Schnee und Eis auf Solaranlagen in nördlichen Breitengraden kann im Winter zu erheblichen Stromerzeugungsverlusten führen. Je nach Umgebungsbedingungen kann Schnee eine große Bandbreite an physikalischen Eigenschaften aufweisen, von trockenem Schnee bis hin zu massiven Eis, was die Entwicklung einer passiven, ein breites Spektrum abweisenden Schnee- und Eisoberfläche zu einer Herausforderung macht.

Im Februar 2020 berichten Wissenschaftler der Sandia National Laboratories (SNL), daß sie daran arbeiten, die Auswirkungen starker Schneefälle auf PV-Anlagen zu untersuchen und kostengünstige Strategien zur Eindämmung von Energieverlusten und Problemen mit der Zuverlässigkeit durch Schnee und Eis zu ermitteln. Bislang gibt es hierüber nur wenige Daten.

Eine Ausnahme bildet die im Juni 2019 von den SNL veröffentlichte Studie ,Performance of Bifacial Photovoltaic Modules on a Dual-Axis Tracker in a High-Latitude, High-Albedo Environment’, bei der zwei Jahre lang die Leistungsdaten von experimentellen Systemen mit bifazialen Modulen auf zweiachsigen Nachführsystemen in Vermont untersucht wurden.

Zur weiteren Behandlung des Thema haben die SNL das Projekt ,Snow as a Factor in Photovoltaic Performance and Reliability’ ins Leben gerufen. In dem neuen Papier wird festgestellt, daß Schnee aufgrund der sehr hohen Albedo, die zumeist 5 - 6 Monate im Jahr erhalten bleibt, sowohl eine Chance als auch eine Herausforderung für die Solarenergie darstellt. Dies ist auch ein Grund für die zunehmende Installation von alpinen PV-Anlagen in Ländern wie der Schweiz.

Die Untersuchung deutet auch darauf hin, daß zweiachsige Nachführungen aufgrund des niedrigen Sonnenwinkels in nördlichen Breitengraden einen erhebilchen Ertragszuwachs bringen, obwohl sie in den meisten Fällen als zu teuer angesehen werden. Außerdem zeigte sich, daß die niedrigen Temperaturen in der Region die Betriebseffizienz der Systeme erhöhen. Eine leicht erhöhte Temperatur - dank der rückseitigen Einstrahlung bei bifazialen Modulen, des hohen Neigungswinkels und der Verwendung von rahmenlosen Modulen - unterstützt wiederum die Schneeräumung.

Bereits im März 2020 wird über die norwegische, in Rasta beheimatete Firma Innos AS berichtet, die eine Methode entwickelt hat, um Schnee auf den Modulen zu schmelzen, damit insbesondere bei großen kommerziellen Dachanlagen eine übermäßig Belastung der Module und Dächer verhindert wird.

Die Weight Watcher genannte Technologie besteht aus einem Kontrollsystem, das die Schneedichte mißt und mit den Gleichstrom-Versorgungseinheiten zur Erwärmung der Module und Beseitigung der Schneelasten verbunden ist. Die Funktion wird so erklärt: „Wenn man einen Strom durch eine Diode schickt, wie es bei einer Solarzelle der Fall ist, erwärmt sich die Zelle und der Schnee schmilzt“. Die Herausforderung besteht darin, den Strom hinzuzufügen, ihn genau zu kontrollieren und den Stromverbrauch über eine Schmelzperiode zu optimieren.

Nach der Schneeschmelze nehmen die Paneele die Stromerzeugung wieder auf und kompensieren die verbrauchte Energie. Das System soll in der Lage sein, etwa 2 kg Schnee pro Quadratmeter und pro Stunde zu schmelzen. In einem Video ist zu sehen, wie eine große Dachanlage langsam schneefrei wird - was allerdings acht Stunden dauert.

Das Weight Watcher System kann im Prinzip auf alle kristallinen Standardmodule angewendet werden, auch als Nachrüstung. Für die Installation ist jedoch die Zustimmung der Modulhersteller erforderlich, da sonst die Garantie für die Module erlischt. Zu den Vorteilen des Systems gehören die Reduzierung der Kosten für die Schneeräumung sowie die Verringerung der Risiken, die mit der Arbeit in der Höhe verbundenen sind, da keine manuelle Arbeit mehr erforderlich ist. Laut Innos ist das System seit 2017 bereits auf mehr als 30.000 m² norwegischer Dachfläche im Einsatz.

Um die Dekade abzuschließen, sei hier noch auf die im Jahr 2020 entstandene Firma sun-X GmbH aus Fraunberg in Bayern verwiesen, die sich ebenfalls auf die Entwicklung von Robotern, Software und Sensortechnik für die Solarreinigung konzentriert. Im Vordergrund steht ein modularer Aufbau für die Anpassung an die verschiedenen Arten und Größen von Photovoltaikanlagen.

Der Reinigungsroboter Sunbotics, der laut sun-X die erste vom TÜV Süd zertifizierte Maschine auf dem Markt ist, besitzt ein Motor-Schnellkupplungssystem, an welches die Trägerarme sowie weitere Bauteile für die individuelle Gestaltung angebracht werden. Er ist in drei verschiedenen Längen mit 145 cm, 210 cm und 320 cm verfügbar und die Energieversorgung wird entweder über einen Stromanschluß oder einen eingebauten Akku gewährleistet.

Im September 2024 folgt die Meldung, daß die sun-X vom Europäischen Patentamt das Patent für einen Verschmutzungssensor erteilt bekommen hat, dessen gesammelten Daten als Grundlage dienen, um durch einen Algorithmus den idealen Zeitpunkt für die Reinigung von PV-Anlagen zu bestimmen und damit die Energieerträge zu maximieren. An dem sunsoric genannten Sensor hatte das Unternehmen über drei Jahre lang in Zusammenarbeit mit der Sensorik Bayern GmbH gearbeitet.

Ebenso erwähnenswert ist die sizilianische Firma Reiwa Engine (o. Reiwa S.r.l.), die im Juni 2020 mit einem SandStorm genannten autonomen Roboter auf den Markt kommt, der nachts arbeitet und die Reinigungskosten um bis zu 80 % senken soll. Die Firma bezeichnet sich als Systemintegrator, der maßgeschneiderte und vielseitige Lösungen in den Bereichen Robotik, künstliche Intelligenz und Industrieanlagen untersucht, konzipiert und realisiert.

Der im Auftrag des italienisch-multinationalen Solarkraftwerksbetreibers Enel Green Power S.p.A. (EGP) entwickelte SandStorm klammert sich an den Außenkanten der Paneele fest, rollt die oft hunderte Meter langen Reihen entlang und fegt den Schmutz mit weichen Bürsten weg. Dabei stören den SandStorm Lücken von bis zu 50 cm ebenso wenig wie unterschiedliche Neigungen der Paneele.

Wenn die Sensoren der Anlage Verschmutzungen erkannt haben, wird der Roboter selbständig aktiv sobald die Sonne untergegangen ist. Erschöpft sich seine Batterie oder hat er seine Arbeit getan, kehrt er zu seiner Aufladestation am Ende der Reihe zurück, um den Akku erneut mit Strom zu füllen.

Getestet wurde der SandStorm im Innovation Lab der EGP in der Nähe von Catania und dann im industriellen Maßstab in einem 1 MW Abschnitt des EGP-Kraftwerks in Totana. Nun unterzeichnet die Reiwa einen ersten Vertrag über die Implementierung von rund 150 Robotern in zwei spanischen PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 135 MW in Totana und Las Corchas.

Vermutlich gab es auch schon früher wissenschaftliche Studien über die Auswirkungen von Verschmutzungen auf die Effektivität von Solaranlagen, doch ich selber bin erst im Juli 2020 auf eine solche gestoßen, als ein Team des National Renewable Energy Laboratory (NREL) und der University of Colorado, Boulder um Matthew Muller den Bericht ,Predicting Photovoltaic Soiling From Air Quality Measurements’ veröffentlicht, in welchem die Beziehung zwischen der Luftqualität und der Feinstaub-Beeinträchtigung von PV-Anlagen untersucht wird.

Bei dem Forschungsprojekt zur Verschmutzung von 2016 - 2019, das mit 6 Mio. $ vom US-Energieministerium finanziert wurde,  sind die Messungen anhand von Silizium-Referenzzellen in einem städtisch-industriellen Gebiet in Colorado gemacht und mit der Feinstaubkonzentration in der Umgebung gekoppelt worden. Die Forscher gehen davon aus, daß der jährliche Energieverlust durch Verschmutzung  in Teilen der Vereinigten Staaten bis zu 7 % beträgt - und bis zu 50 % im Nahen Osten.

Regen und Wind können zwar ausreichen, um einen Teil des Staubs von den PV-Paneelen zu entfernen, da diese nachts jedoch abkühlen und morgens Tau anziehen, kann der Staub einen Prozess durchlaufen, der Zementierung genannt wird. Die Verschmutzung wird buchstäblich auf dem Panel zementiert und selbst ein starker Regen kann sie nicht mehr beseitigen. So etwas möglichst zu vermeiden, könnte durch einen früh erhaltenen Meßwert geschehen.

Hierzu kann ein Sensor auf dem Glas vor einer Solarzelle angebracht werden und durch Durchleuchten mit einer LED den Grad der Verschmutzung messen, die sich aus dem Vergleich des Transmissionsverlustes durch das Glas mit einer klaren Referenzscheibe ergibt. Zwei nebeneinander angeordnete Sensoren zeigen den Unterschied zwischen einem regelmäßig gereinigten und einem ungereinigten Sensor. Die Technologie wird Detector Unit for Soiling Spectral Transmittance (DUSST) genannt und ist Inhalt eines im letzten Sommer an Muller und Forscher in Spanien erteilten Patents.

Die Forschungsarbeiten sollen fortgesetzt werden, außerdem soll eine Karte erstellt werden, die zeigt, wo die Verschmutzung die größten Probleme verursacht.

 

Weiter mit der photovoltaischen Nutzung 2012...