光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了光伏發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)實施例，光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏陣列組和風障。所述光伏陣列組包括多個光伏陣列，所述光伏陣列中的每一個光伏陣列包括多個太陽能電池板和支撐所述太陽能電池板的支撐結(jié)構(gòu)。所述風障被布置為至少部分地圍繞所述光伏陣列組，并且包括多個防風元件，所述防風元件中的每一個防風元件具有翼形形狀水平截面，或者所述風障包括多個防風元件，通過組合多個平板來形成每個所述防風元件。
【專利說明】光伏發(fā)電系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的交叉應用
[0002] 本申請基于2013年9月20日提交的日本專利申請No. 2013-196134,并要求其優(yōu) 先權(quán)的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本文中所描述的實施例總體涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 近年來，對于環(huán)境問題的關(guān)注促進了利用陽光發(fā)電的光伏發(fā)電系統(tǒng)的全球安裝， 并且配備有大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的大型太陽能發(fā)電廠已經(jīng)遍布世界各地。在光伏發(fā)電系統(tǒng) 中布置了多個太陽能電池板。這些太陽能電池板由包括支架和底座的支撐結(jié)構(gòu)來支撐并固 定。要求支撐結(jié)構(gòu)具有能夠承受作用在太陽能電池板上的風壓等的強度。
[0005] 然而，支撐結(jié)構(gòu)的安裝成本在光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝成本中占了很大的比例。尤其 是在布置了 10000個或更多太陽能電池板的大型太陽能系統(tǒng)中，這個比例更大。因此，需要 減少支撐結(jié)構(gòu)的安裝成本?？梢酝ㄟ^減輕支撐結(jié)構(gòu)的重量來實現(xiàn)減少支撐結(jié)構(gòu)的安裝成 本。然而，很難在確保支撐結(jié)構(gòu)能夠承受風壓等的同時減少支撐結(jié)構(gòu)的重量。
[0006] 期望的是，能夠減少光伏發(fā)電系統(tǒng)中的支撐結(jié)構(gòu)的安裝成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠減少支撐結(jié)構(gòu)的安裝成本的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0008] 根據(jù)實施例，光伏發(fā)電系統(tǒng)包括光伏陣列組和風障。光伏陣列組包括多個光伏陣 列，所述光伏陣列中的每一個光伏陣列包括多個太陽能電池板和支撐所述太陽能電池板的 支撐結(jié)構(gòu)。風障被布置為至少部分地圍繞光伏陣列組，并且包括多個防風元件，所述防風元 件中的每一個防風元件具有翼形形狀的水平截面，或者風障包括多個防風元件，通過組合 多個平板來形成每個防風元件。
[0009] 根據(jù)包括前述元件的光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以減少支撐結(jié)構(gòu)的安裝成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是示出根據(jù)實施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)的透視圖；
[0011] 圖2是示出圖1中所示的光伏發(fā)電系統(tǒng)的平面圖；
[0012] 圖3是示意性地示出當東北風吹在圖1中所示的光伏發(fā)電系統(tǒng)上時的空氣流動的 平面圖；
[0013] 圖4A和圖4B是示出通過圖1中所示的防風元件來改變空氣流動的狀態(tài)的視圖；
[0014] 圖5是用于闡釋根據(jù)實施例的防風元件與光伏陣列之間的布置關(guān)系的視圖；
[0015] 圖6是示出防風元件布置于光伏陣列組周圍的示例的平面圖，其中光伏陣列組包 括具有非對齊的端部的光伏陣列；
[0016]圖7是示出根據(jù)對比示例1的光伏發(fā)電系統(tǒng)的平面圖；
[0017]圖8是示出根據(jù)對比示例2的光伏發(fā)電系統(tǒng)的平面圖；
[0018] 圖9A和圖9B是用于闡釋用于數(shù)值分析的條件的示意圖；
[0019] 圖10A和圖10B是示出通過數(shù)值分析得到的圖7中所示的光伏陣列組中的風力系 數(shù)分布的視圖；
[0020] 圖11A和圖11B是示出通過數(shù)值分析得到的圖8中所示的光伏陣列組中的風力系 數(shù)分布的視圖；
[0021] 圖12是示出根據(jù)另一個實施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)的透視圖；以及
[0022] 圖13是示出圖12中所示的光伏發(fā)電系統(tǒng)的平面圖。
【具體實施方式】
[0023] 關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)，JIS(日本工業(yè)標準）C8955對承受四種類型的荷載的太陽能 電池板的設(shè)計進行了限定，這四種類型的荷載為：由光伏陣列自身的質(zhì)量所引起的恒載； 由風壓所引起的風壓荷載；由太陽能電池板表面上的積雪所引起的雪荷載；以及由地震力 所引起的地震荷載。荷載組合根據(jù)安裝環(huán)境而變化。風壓荷載是許多太陽能發(fā)電廠都必需 考慮的載荷，并且運用了通過風速來計算施加在光伏陣列上的風壓荷載的近似法。當運用 所述標準時，"在具有多個支架的情況下，可以將通過公式計算的風力系數(shù)運用到外周端， 并且可以將所述值的1/2運用到中心部分"。然而，沒有對中心部分的構(gòu)成的明確定義。因 此，當設(shè)計光伏發(fā)電系統(tǒng)時，重要的是對使用了外周端處的風力系數(shù)的1/2的區(qū)域（中心部 分）進行適當估計，從而可以確保安全。
[0024] 現(xiàn)在將參考附圖來描述實施例。在以下實施例中，相似的附圖標記表示相似的元 件，并且將省略對它們的重復描述。
[0025] 圖1是示意性地示出根據(jù)實施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)100的透視圖。圖2是示意性地 示出光伏發(fā)電系統(tǒng)100的平面圖。如圖2中所示，光伏發(fā)電系統(tǒng)100包括光伏陣列組110和 風障120,其中光伏陣列組110包括多個光伏陣列111，風障120布置于光伏陣列組110的 周圍，并且包括多個防風元件121。在圖2中所示的示例中，三個光伏陣列111-1至111-3 在端部對齊的狀態(tài)下并列放置。圖1示出兩個光伏陣列111-1和111-2,以及兩個防風元件 121。
[0026] 如圖1中所示，每個光伏陣列111包括接收陽光并產(chǎn)生電力的多個太陽能電池板 112、以及支撐并固定太陽能電池板112的支撐結(jié)構(gòu)113。支撐結(jié)構(gòu)113包括支架114和混 凝土底座115,其中支架114對與水平面傾斜給定角度的太陽能電池板112進行支撐，混凝 土底座115將支架114固定在地面上。參考圖2,每個矩形塊表示一個太陽能電池板112。 在圖2的示例中，由導電連接構(gòu)件連接的八個太陽能電池板112布置于每個光伏陣列111 中。
[0027] 通常，從發(fā)電效率的角度來看，將太陽能電池板112安裝為傾斜狀態(tài)。例如，在諸 如日本之類的北半球中的高緯度地區(qū)中，將太陽能電池板112傾斜安裝，從而使其光接收 表面116面向南方?？紤]到諸如安裝位置的緯度和環(huán)境之類的各種條件，確定水平面與光 接收表面116所形成的角度。
[0028] 在該實施例中，假設(shè)太陽能電池板112向南布置的情況。在這種情況下，在南北方 向上并列放置三個光伏陣列111-1至11卜3。在光伏陣列111-1至111-3中的每一個光伏 陣列中，將太陽能電池板112排列在東西方向上。在圖2的示例中，防風元件121布置于光 伏陣列組110的西側(cè)、東側(cè)和北側(cè)上。
[0029] 在該實施例中，每個防風元件121具有翼形水平截面。更具體地，每個防風元件 121具有非對稱的翼形水平截面。風障120改變從光伏陣列組110的背側(cè)流向光伏陣列組 110的空氣的流動。此處，光伏陣列組110的背側(cè)指的是面向太陽能電池板112的背表面的 一側(cè)。在太陽能電池板112向南布置的所述實施例中，從光伏陣列組110的背側(cè)吹向光伏 陣列組110的風指的是包括從北流向南的一些風（例如，北風、東北風或西北風）的風。
[0030] 例如，當吹西北風時，如圖2中所示，風201被布置于光伏陣列組110的北側(cè)上 (即，背側(cè)上）的防風元件組122-1擋住。風202被布置于光伏陣列組110的西側(cè)上的防風 元件組122-2偏轉(zhuǎn)（即，轉(zhuǎn)向），并且變成向南吹的風，如箭頭A所示。風203被布置于光 伏陣列組110的東側(cè)上的防風元件組122-3偏轉(zhuǎn)，并且變成向南吹的風，如箭頭B所示。因 此，風障120防止從背側(cè)吹向光伏陣列組110的風中的至少部分風直接沖擊太陽能電池板 112。這減少了直接沖擊太陽能電池板112的風，并且降低了作用在太陽能電池板112上的 風壓。
[0031] 圖3示意性地示出了當東北風吹在100所示的光伏發(fā)電系統(tǒng)上時的空氣流動。風 301被防風元件組122-1偏轉(zhuǎn)，并且變成向西吹的風，如箭頭C所示。風302被防風元件組 122-3偏轉(zhuǎn)，并且變成向南吹的風，如箭頭D所示。風303被防風元件組122-2偏轉(zhuǎn)，并且 變成向南吹的風，如箭頭E所示。因此，風障120防止從背側(cè)吹向光伏陣列組110的風中的 至少部分風直接沖擊太陽能電池板112的背表面。這減少了直接沖擊太陽能電池板112的 風，并且降低了作用在太陽能電池板112上的風壓。
[0032] 在該實施例中，防風元件121的水平橫截面具有翼形形狀，從而減少了作用在防 風元件121自身上的風壓（風荷載）。因此，可以降低防風元件121的強度，并且減少防風 元件121的安裝成本。
[0033] 圖4A和圖4B是示出從上側(cè)看時通過數(shù)值分析得到的防風元件121周圍的空氣流 動的視圖。流入的風的方向在圖4A與圖4B之間變化了大約45°。從圖4A和圖4B中顯 而易見的是，空氣流動在通過防風元件121之間時改變了自身的方向?？梢酝ㄟ^將防風元 件121布置在光伏陣列組110周圍來改變空氣流動。因此，可以減少直接沖擊光伏陣列111 的風。因此，可以減少作用在太陽能電池板上的風壓，并且在確保安全的同時減輕支撐結(jié)構(gòu) 113的重量。
[0034] 將參考圖5來詳細描述光伏陣列111與防風兀件121之間的布置關(guān)系。圖5是光 伏發(fā)電系統(tǒng)的一部分的放大的視圖。例如，將防風元件121布置為使防風元件121之間的 距離（防風元件間隔）L1等于或者小于弦長C，并且防風元件121與光伏陣列111之間的距 離L2落在lm至2m的范圍內(nèi)。弦長C指的是連接弦的前緣和后緣的線段的長度，如圖5中 所示。根據(jù)光伏陣列111的布置和安裝位置的狀態(tài)來確定防風元件121的尺寸，該安裝位 置在能夠確保防風元件間隔L1和防風元件121與光伏陣列111之間的距離L2的范圍內(nèi)。
[0035] 注意，根據(jù)安裝環(huán)境的風的狀態(tài)，防風元件121可以環(huán)繞光伏陣列組110布置，或 者部分地圍繞光伏陣列組110布置。例如，當在西北風吹得猛烈而東北風不猛烈的區(qū)域中 安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)100時，將防風元件121布置在光伏陣列組110的北側(cè)和西側(cè)上。防風 元件121是獨立的，并且不是所有的防風元件121都必需具有相同的尺寸和形狀。此外，所 有防風元件121的防風元件間隔L1不一定都相同?？梢詫⒎里L元件間隔L1任意地設(shè)置在 小于單個防風元件121的弦長C的范圍內(nèi)。
[0036] 不僅可以在光伏陣列111具有對齊的端部時安裝風障120,如圖2中所示，還可以 在光伏陣列組110中的端部具有階梯式差異時安裝風障120,如圖6中所示。如圖6中所 示，當吹東北風時，風601被防風元件組122-1偏轉(zhuǎn)，并且變成向西吹的風，如箭頭F所示。 風602被防風元件組122-3偏轉(zhuǎn)，并且變成向南吹的風，如箭頭G所示。這減少了直接沖擊 太陽能電池板112的風，并且降低了作用在太陽能電池板112上的風壓。
[0037] 圖7示意性地示出了根據(jù)對比示例1的光伏發(fā)電系統(tǒng)700。圖8示意性地示出了 根據(jù)對比示例2的光伏發(fā)電系統(tǒng)800。與圖1中所示的光伏發(fā)電系統(tǒng)100不同，圖7和圖 8中所示的光伏發(fā)電系統(tǒng)700和800不包括風障。在光伏發(fā)電系統(tǒng)700的光伏陣列組710 中，六列光伏陣列711中的每一個光伏陣列均包括10個太陽能電池板112。圖8中所示的 光伏發(fā)電系統(tǒng)800的光伏陣列組810包括五列光伏陣列811，并且太陽能電池板112的數(shù) 量在光伏陣列811之間不同。位于最北端的第一列光伏陣列811-1包括三個太陽能電池板 112,與光伏陣列811-1的南側(cè)相鄰的第二列光伏陣列811-2包括五個太陽能電池板112。 以此方式，列數(shù)每增加一個（即，位置向南移動），太陽能電池板112的數(shù)量就增加兩個。在 這種情況下，第五列光伏陣列811-5包括11個太陽能電池板112。
[0038] 本發(fā)明的
【發(fā)明者】通過數(shù)值分析獲得了光伏發(fā)電系統(tǒng)700和800的光伏陣列組710 和810中的風力系數(shù)分布。將對數(shù)值分析中所使用的分析模型進行描述。在數(shù)值分析中， 除了太陽能電池板112以外的元件（例如，支架和底座）對風流動的影響很小，并且不被考 慮在內(nèi)。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)700而言，如圖9A中所示，將太陽能電池板112的寬度W設(shè)置 為1500mm，將深度D設(shè)置為3000mm，并且將厚度T設(shè)置為100mm。另外，如圖9B中所示，將 太陽能電池板112的高度H設(shè)置為500mm，并且將角度小設(shè)值為30°。如圖7中所示，將 光伏陣列711之間的距離L設(shè)置為3000mm。太陽能電池板112向南布置。將風向設(shè)置為從 北到南的方向（由圖7中的箭頭A所表示的方向）和從東北到西南的方向（由圖7中的箭 頭B所表不的方向）。將風速設(shè)置為30m/s。
[0039] 對于光伏發(fā)電系統(tǒng)800而言，將太陽能電池板112的寬度W設(shè)置為1500_，將深度 D設(shè)置為2945mm，并且將厚度T設(shè)置為100mm。另外，將太陽能電池板112的高度H設(shè)置為 730mm,并且將角度設(shè)置為10°。如圖8中所示，將光伏陣列811之間的距離L設(shè)置為 1700mm。太陽能電池板112向南布置。將風向設(shè)置為從北到南的方向（由圖8中的箭頭C 所表示的方向）和從東北到西南的方向（由圖8中的箭頭D所表示的方向）。將風速設(shè)置 為 30m/s。
[0040] 由以下等式（1)來定義風力系數(shù)C。在等式（1)中，就風力系數(shù)C而言，將從太陽 能電池板112的背表面到光接收表面116的方向限定為正。風力系數(shù)C表示絕對值越大， 則作用在太陽能電池板112上的風壓就越大。
【權(quán)利要求】
1. 一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括： 光伏陣列組，所述光伏陣列組包括多個光伏陣列，所述光伏陣列中的每一個光伏陣列 包括多個太陽能電池板和支撐所述太陽能電池板的支撐結(jié)構(gòu)；W及 風障，所述風障被布置為至少部分地圍繞所述光伏陣列組，并且包括多個防風元件， 所述防風元件中的每一個防風元件具有翼形形狀水平截面，或者所述風障包括多個防風元 件，通過組合多個平板來形成每個所述防風元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述防風元件中的每一個防風元件具有非對稱 的翼形形狀水平截面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述防風元件的安裝間隔不超過所述翼形形狀 的弦長。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述防風元件的安裝間隔不超過所述翼形形狀 的弦長。
【文檔編號】H02S20/00GK104467632SQ201410448617
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月20日
【發(fā)明者】神保智彥, 比斯瓦斯·德巴司, 松岡敬, 長谷川義朗 申請人:株式會社東芝