CN103236455A - 内置走线槽的光伏组件集成板 - Google Patents

Abstract

一种内置走线槽的光伏组件集成板，包括至少一块支撑板和至少三块光伏组件；光伏组件集成板的长度大于3米；所有光伏组件面积之和不小于三平米；支撑板与光伏组件相邻的表面上至少设置有一个走线槽；至少一个走线槽的深度大于2毫米；至少一个走线槽的纵轴与集成板的纵轴夹角小于15度。本发明采用走线槽内置设计，能够较好地保护组件之间的连线，同时也节省了材料，有效降低了系统成本。

Description

内置走线槽的光伏组件集成板

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种内置走线槽的光伏组件集成板。

背景技术

  太阳能干净清洁，取之不尽，用之不竭。大多数可再生能源如风能、水的势能、生物质能都是由太阳能间接转化而来的。当前占主导地位的化石能源如煤、石油、天然气也来自于远古的生物质能。因此说太阳能是最重要、最有前途的可再生能源一点都不为过。

然而目前太阳能的发电量还不到总发电量的0.1%，与太阳能的地位极不相称。其主要原因就是太阳能利用装置效率偏低，成本较高，经济性还无法与常规能源相竞争。

那么效率和成本哪一个更重要呢？对于这个问题是有许多不同意见的。某些企业就强调太阳能要高效率、高性能。当然这对于少数企业而言是无可厚非的。但是对整个行业战略来讲是行不通的。不普及太阳能，就无法解决碳排放问题，也无法解决能源的可持续发展问题。转换效率的提高应该以成本的降低为前提和基础，盲目追求效率钻牛角尖很可能得不偿失。

电力是可以远距离传输的。这意味着相距很远的多种能源：火电、水电、核电、风电等等完全能够站在同一起跑线竞争。太阳能发电如果长期没有经济性，完全依赖政府补贴生存是难以想象的。政府本身并不赚钱，收入几乎都直接或间接来自于纳税人。任何一个纳税人都不会长期容忍自己缴纳的税收最后变成外国公司的利润。因此大量投资于无法大幅度降价的现有技术是没有前途的。

光伏组件更是要将降低成本放在首位。太阳能的波动性很大，太阳能平均功率只有峰值功率的五分之一。因此同样多的光伏发电量需要五倍于火电的装机量。而且电能很难储存，黑夜、阴雨天无法发电。还要另外投资储能装置和智能电网，付出昂贵的储能和调度成本。光伏装置还有寿命和效率衰减问题。这所有的一切的都要求光伏发电大幅度降低成本。

而在发电成本中，不但应包括太阳能光伏发电装置本身的成本，还应包括管理成本、占地成本、资金成本、安装建设成本、清洁维护成本等等。光伏组件转换效率的提高仅仅是其中一个方面。

目前光伏行业将绝大多数的时间精力和资金都投入在提高电池效率的这条路，从某种意义上来讲是一种失策。当然在人工费用较高的地区，转换效率的提高可以减少系统安装成本，有一定积极意义。但许多新型快速安装装置也可以大幅减少系统安装成本。因此还是要综合考量哪一种组合方式系统总体成本才能达到最低。

现有固定倾角的光伏电站结构，自从太阳能电池发明以来的几十年变化都不大。

光伏电站是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。而光伏阵列是指由若干个光伏构件、光伏组件在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的发电单元。通常光伏阵列发出的是直流电。如果安装了带有微型逆变器的光伏组件，也可发出交流电。也有人称光伏阵列为光伏方阵。

通常，光伏阵列加上汇流箱、直流配电柜、逆变器、变压器、交流配电柜、电缆等诸多部件才能构成一个完整的光伏电站。光伏电站通常包含有多个光伏阵列。

总体上看，光伏阵列的结构大致类似于一个车棚。顶棚就是电池板，由下面的立柱地基横梁。其结构大致可分为以下几个部分：

最下面是地基，一般有以下几种：螺旋桩、条状混凝土地基和块状混凝土地基。

在上面是安装支架，包括立柱、横梁、檩条等等。一般用螺钉紧固，属于简支结构。

最上面安装有多块光伏组件电池板。然后用电缆连接各个组件，并联接汇流箱、配电柜、逆变器、变压器等设备，最后连接上电网。

光伏发电系统通常分成几个层次 ，第一层次为单元层次，最小且不可分割。对于晶硅太阳能电池片，一般其特征尺寸（直径或边长）为125mm、156mm，一般电压较低（0.5V左右）。第二层次是封装层次。其特征是，多个单元串并联，固定封装在一个组件里。对于晶硅太阳能电池组件，一般是由60-72个硅片封装在玻璃和铝背板之间而成。尺寸一般为1-2平米；第三层次是阵列层次，一般由多块组件和支撑结构组成。在跟踪系统中更为明显，多块组件形成的光伏阵列作为一个整体可绕轴转动；第四个层次就是电站层次，通常容量从几百KW到几MW不等，占地较大。但由于缺少中间层次，需一块一块单独安装组件，安装时间较长，耗费人工较多。

太阳能光伏电站的成本通常包括以下组件成本、支架成本、地基成本、人工成本、逆变成本等等。除去组件部分的其他成本也叫BOS（balance of system）成本。

目前光伏组件的大部分市场还在发达国家。从经济考虑，安装规模越大，单位装机成本就越低。在2007年以前过去组件价格高达在几年前由于光伏组件的价格很贵 每瓦3-5美元，与之相比钢铁水泥的支架结构成本所占的比例甚小， 所以过去没有得到足够的重视。

而现在随着组件价格不断下跌,价格甚至低到每瓦0.7美元, 因此要再节省0.01美元，成本降低1.4%都是很不容易的。而地基支架安装人工所占的比重则相对越来越大。而发达国家的人工成本更高。通常BOS成本高达1.2～2美元，某些情况BOS成本甚至更高，甚至占到电站总成本的三分之二。因此BOS成本已经成了主要矛盾。据报道，在一个10MW的大型电站BOS成本中，每瓦的人工成本超过0.2美元、如果算上工程管理费用和其他费用包含的人工，总的人工成本甚至更高。仅仅与人工的相关费用就将超过组件成本的三分之一了。现有工艺的缺点就是时间长、成本高、工序繁杂。

从电力行业发展规律看，规模化是有效降低成本的一种常用手段。风电、火电、核电、水电都是如此。火电从20万千瓦、30万千瓦一直发展到现在超超临界的60万千瓦；核电也是从30万、60万发展到100万千瓦。因此总的发展思路就是“做大做强”，做大就是整体结构要适应规模化的要求；做强就是要有规模效益，许多固定费用平均分摊就能够降低成本。光伏发电系统安装成本也显示出规模经济的重要特征。据报道，美国2011年装机容量小于2千瓦的系统平均安装成本为每瓦7.7美元；而装机容量超过1000千瓦的大型商用系统为每瓦4.5美元；装机容量大于10000千瓦的系统仅为每瓦2.8至3.5美元。

目前光伏组件的尺寸也在逐步增加。从过去60片增加到72片晶硅电池片的组件，甚至还有5.7平米的大型薄膜光伏组件。但是受制于一些客观条件再增大遇到很多困难。72片的组件已经重达50斤，尺寸已经达到2米高，1米宽。因此再大再重一个人搬动不便。组件有玻璃和晶体硅薄片，很脆，对变形敏感。因此如果现有结构不改变，尺寸增大带来的变形可能会使玻璃碎裂，或者使硅片隐裂，造成不必要的损失。组件太大人力无法搬运。安装成本降低， 而结构成本运输成本上升，总的造价未必降低。因此必须综合考虑其生产运输安装流程。 

现在光伏行业几乎全行业亏损，国内外许多企业裁员停产甚至倒闭。一些跨国企业已经关停了光伏业务。多家光伏行业的知名上市公司现在的股价只有最高点的几十分之一，甚至面临退市的威胁。而光伏组件集成板相关技术并不是一种特别复杂的技术，用的是钢铁水泥之类的常规材料，组装手段也是常规的焊接铆接等，研发生产也不需要太多人力物力。以跨国企业上市公司的资源花几千万足以研发成功。而许多企业居然两年内亏了几十亿，甚至在整个企业都面临倒闭的威胁下都没有考虑。光伏行业的危机也引起了从业人员以及新闻媒体的广泛关注。而绝大多数业内人士都主张开发内需市场以避开受到双反限制的欧美市场。欧美市场恰恰是人工成本最贵、每瓦装机成本较高的市场，也是目前最大最重要的市场。而光伏组件集成板相关技术节省的成本足以抵消双反增加的税收。在2011年12月《南方能源观察》上发表的专栏文章《太阳能的成本比效率更重要》中明确指出，“在人工费用较高的地区，转换效率提高可以减少系统安装成本，有一定积极意义。但许多新型快速安装装置也可以减少系统安装成本”。而过去了这么长的时间，几十家光伏企业亏损几百亿显然都未能在降低系统成本上取得突破，未能研发出突破性的新型快速安装装置。现在80%多晶硅企业停产，近半硅片、组件厂商减产裁员，多数厂商仍然在走片面追求转换效率的老路。这个教训太深刻了。这些事实足以说明人们并没有认识到光伏组件集成板相关技术在降低人工成本方面所拥有的巨大潜力。而实际上在相当长的时间内光伏安装结构都未能取得突破，许多类型的结构甚至数十年前就在使用了。如果真有突破，发达国家高企的BOS成本早就降下来了。在许多场合BOS的成本甚至是光伏组件成本的数倍。要知道，光伏组件由较为复杂精密的部件组成，仅仅在十年前还严重供不应求。而支撑结构是由便宜的钢铁水泥组成的。可想而知，发达国家BOS的成本中相当大的一部分是人工成本。缩短安装时间提高安装效率还可以使同样多的工人完成更大更多的光伏电站，也更有利于可再生能源的普及。

综上所述，缩短安装时间、降低人工成本已经成为当务之急。

目前缩短安装时间的方法主要有以下几种：

首先是某企业采用机器人安装组件，但是通常只能固定组件，组件的接线还要人工完成。而且现有机器人安装效率并不高。

其次是有人提出在光伏电站建立临时的组装流水线。就是在安装地点用组装流水线把组件和支撑结构装配到一起。但是通常光伏电站的安装条件很恶劣，气候地质条件，供电施工有诸多的限制。临时的组装线也存在一定的困难。

最后就是光伏组件集成板，其相关技术仍在研究开发阶段。有许多问题亟待解决，目前基本没有投入实际应用。所谓“新型快速安装装置”显然还有许多细节问题需要解决。光伏组件之间的连接导线如果直接暴露在外界环境中，风吹日晒雨淋，容易产生故障，寿命也会缩短。而另设走线槽又会增加成本，所以要寻求更好的解决方法。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种内置走线槽的光伏组件集成板。

 这里，光伏组件集成板是指一种有一定规模的，易于整体安装运输的多块光伏组件及其支撑结构的组合体。有一定规模才能有规模效益。光伏组件集成板应包含多块光伏组件，且所有光伏组件的面积之和不小于三平方米。一般这种规模的集成板是人力很难直接搬运的，需要借助辅助工具。易于整体安装运输才能节省人工，避免一块一块地安装固定和联接光伏组件。应该使多块光伏组件与支撑结构联接成为一个整体。为了便于用集装箱运输，其形状应为长条状的板。具体来说，光伏组件集成板的长与宽之比应大于1.5。

 本发明的技术方案是：

一种内置走线槽的光伏组件集成板，包括至少一块支撑板和至少三块光伏组件；光伏组件集成板的长度大于3米；所有光伏组件面积之和不小于三平米；支撑板与光伏组件相邻的表面上至少设置有一个走线槽；至少一个走线槽的深度大于2毫米；至少一个走线槽的纵轴与集成板的纵轴夹角小于15度。

光伏组件集成板包括至少一块支撑板和至少三块光伏组件集成板、光伏组件集成板的长度大于3米以及所有光伏组件面积之和不小于三平米等条件，都是为了更好地发挥规模效益。光伏组件如果太少太小，最极端的情况是几块小组件的面积之和还不如一块1.9平米的大组件，那就失去了集成板的意义，无法发挥规模效益。而安装一块光伏组件集成板就相当于同时固定安装多块光伏组件。显然在条件允许的情况下集成板越长光伏组件越多越好。

而支撑板与光伏组件相邻的表面上至少设置有一个走线槽。支撑板与光伏组件相邻的表面上设置走线槽，则导线位于支撑板和光伏组件之间，与外界环境隔离开来，有利于保护导线。这样从外面看不到导线，也就是说导线内置于光伏组件集成板中。而支撑板上表面设置的凹槽也不会增加太多的成本。实际上如果支撑板选用夹芯板，只要选择适当板型的压型金属板作为面板即可。并不需要额外的机械加工。

至少一个走线槽的深度大于2毫米是因为通常的连接导线直径都大于2毫米。如果导线直径大于走线槽的深度，由于导线有一定弹性，也能勉强装上。但如导线与组件之间太紧，遇到多次摩擦，导线的外皮可能破裂，容易引发短路等故障。如果采用扁导线或者多根细导线并联可以降低走线槽的深度，但同时也增加了成本。因此在条件允许的情况下，应增加走线槽的深度，这样可以适应更多种类的导线，从而挑选出成本最低的导线。

至少一个走线槽的纵轴与集成板的纵轴夹角小于15度。这是因为沿集成板的纵轴方向安装了多块组件，则组件的连线方向与纵轴方向相差的越小，连线就越短。因此走线槽的纵轴方向与集成板的纵轴应尽可能一致。夹角15度意味着4米长的集成板，走线槽的位置与板边的偏差将超过1米，板宽较小的集成板甚至有可能超出板边。因此走线槽的纵轴与集成板的纵轴夹角夹角应当小于15度。

优选地，走线槽的纵轴与集成板的纵轴平行。最佳角度当然是0度，即走线槽的纵轴与集成板的纵轴平行，此时如果走线较短。集成板纵轴是指集成板的长度方向。

优选地，走线槽的轴线与光伏组件接线盒的距离小于0.4米。因为光伏组件的接线盒通常位于组件的一端，离板边近的走线槽也更接近接线盒，更方便接线。同时也可以缩短导线长度，有利于降低成本。离板边近的走线槽也可称之为侧置走线槽。

优选地，用导线依次串联连接光伏组件的正负极。串联连接电流最小，有利于减小导线的线径，降低成本。

优选地，走线槽底部的圆角大于5毫米。大的圆角使压型钢板的加工更容易。

优选地，支撑板和光伏组件采用螺纹联接。为了方便维修，支撑板和光伏组件应该采用可拆卸联接。用螺纹联接光伏组件，就可以方便拆卸。同时还有结构简单、连接可靠等优点。

优选地，走线槽的数量多于一个少于八个。至少两个走线槽是因为侧置走线槽，组件接线盒可能安装在支撑板的另外一边，这时另外一边也有侧置走线槽就可以解决这个问题。这样无论怎么安装都确保有一个走线槽可用。但走线槽过多，则会给加工带来麻烦。一块光伏组件集成板的走线槽应该少于八个。

优选地，支撑板为压型钢板。上述支撑板可使用夹芯板或实心板。夹芯板可以保温，但许多情况并不需要保温功能，这时就可用压型钢板代替。压型钢板是薄钢板经冷压或冷轧成型的钢材。根据不同使用功能要求，压型钢板可压成波形、双曲波形、肋形、 V形、加劲型等。而压型钢板经冷压或冷轧而形成的凹槽就可以作为走线槽使用。夹芯板通常包括两层面板（一般是薄钢板）加中间的芯板粘接而成。而支撑板采用压型钢板省去了芯板和一层面板，节省了材料，简化了工艺，因此大大降低了成本。

优选地，压型钢板的波高大于30毫米。一般光伏组件集成板的长度跨度较大，如果压型钢板的波高太低容易弯曲变形。一般而言集成板长度大于4米的情况下，压型钢板的波高应大于30毫米。显然集成板越长，越容易发挥规模效益。压型钢板中的槽可以直接作为走线槽，不需要额外的材料。

优选地，压型钢板的板厚小于3毫米。厚度越大，钢板越重，使用的材料越多。如需要增加支撑能力，尽量采取增大波高的方式解决。增加板厚就增加每平米用钢量，直接增加了造价。

 总之，内置走线槽的光伏组件集成板能够保护导线，同时也节省了材料，有效降低了系统成本。同时更大的尺寸更多的组件也更有利于发挥规模效益。要实现清洁能源替代，没有规模是难以实现的。考虑到太阳能的行业今后发展的庞大规模，其经济效益和社会效益都是很高的。而太阳能光伏电站总的规模非常庞大。2011年全球光伏安装量超过20GW，即使系统造价每瓦能够节省0.01美元，也能够节省2亿美元以上。随着光伏组件继续飞速发展，年安装量可能增长十倍甚至几十倍。那时节省的成本将更为可观。因此降低光伏发电系统的安装成本，有着极其巨大的经济效益和社会效益。

 附图说明

图1为本发明的实施例1的立体结构示意图。

图2为本发明实施例1的俯视图。

图3为本发明实施例1的侧视图。

图4为本发明实施例1的侧视图的局部放大视图。

图5为本发明的实施例2的立体结构示意图。

图6为本发明实施例2的俯视图。

图7为本发明实施例2的侧视图。

 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施例的一种内置走线槽的光伏组件集成板，包括至少一块支撑板2和至少三块光伏组件1；支撑板2与光伏组件1相邻的表面上至少设置有一个走线槽5；走线槽5的纵轴与集成板的纵轴夹角小于15度。。

本发明还在于，走线槽5的纵轴与集成板的纵轴平行。

本发明还在于，走线槽5底部的圆角6半径大于5毫米。

本发明还在于，走线槽5的轴线与光伏组件接线盒的距离小于0.4米。

本发明还在于，用导线依次串联连接光伏组件的正负极。导线依次串联组件正负极比较容易理解，因此图中没有画导线。

本发明还在于，支撑板和光伏组件采用螺纹联接。

本发明还在于，走线槽的数量多于一个少于八个。

本发明在于，支撑板为压型钢板。

本发明在于，压型钢板的波高大于30毫米。

本发明在于，压型钢板的厚度小于3毫米。

图1为本发明的实施例1的立体结构示意图。图2为本发明实施例1的俯视图。图3为本发明实施例1的侧视图。图4为本发明实施例1的侧视图的局部放大视图。如图1、2、3、4所示，三块光伏组件并排固定在一块支撑板2上。上述支撑板2为夹芯板。夹芯板包括面板3和芯板4。靠近组件1的面板3上设置有3个走线槽5，一般接线只要使用一个就够了，如果组装时无法确定夹芯板与组件1的相对位置，则侧置的走线槽至少要两个。在图4中可以看出走线槽5的底部有圆角6。从图2中可以看出走线槽5的纵轴即与集成板纵轴平行。从图3中可以看到有三个走线槽。两个走线槽距板边的距离很近，即为侧置走线槽。接线盒位于组件背面，靠近板边，因为这是业内公知常识，因此图中未显示接线盒。光伏组件均用螺钉与支撑板固定。图中的组件长约1.7米，宽约1米。三块光伏组件的总面积在5平米左右。

 图5为本发明的实施例2的立体结构示意图。图6为本发明实施例2的俯视图。图7为本发明实施例2的侧视图。如图5、6、7所示，6块组件并排固定在压型钢板7上。压型钢板有较大的波高，也就是说相应的槽也会深一些。从图中可以看出，用压型钢板与光伏组件组装成的光伏组件集成板的结构最为简单，最省材料。集成板自身的成本也比较低。

 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种内置走线槽的光伏组件集成板，其特征在于，包括至少一块支撑板和至少三块光伏组件；光伏组件集成板的长度大于3米；所有光伏组件面积之和不小于三平米；支撑板与光伏组件相邻的表面上至少设置有一个走线槽；至少一个走线槽的深度大于2毫米；至少一个走线槽的纵轴与集成板的纵轴夹角小于15度。

2.根据权利要求1所述的光伏组件集成板，其特征在于，走线槽的纵轴与集成板的纵轴平行。

3.根据权利要求1所述的光伏组件集成板，其特征在于，走线槽的轴线与光伏组件接线盒的距离小于0.4米。

4.根据权利要求1所述的光伏组件集成板，其特征在于，用导线依次串联连接光伏组件的正负极。

5.根据权利要求1所述的光伏组件集成板，其特征在于，走线槽底部的圆角大于5毫米。

6.根据权利要求1所述的光伏组件集成板，其特征在于，支撑板和光伏组件采用螺纹联接。

7.根据权利要求1所述的光伏组件集成板，其特征在于，走线槽的数量多于一个少于八个。

8.根据权利要求1所述的光伏组件集成板，其特征在于，支撑板为压型钢板。

9.根据权利要求5所述的光伏组件集成板，其特征在于，压型钢板的波高大于30毫米。

10.根据权利要求5所述的光伏组件集成板，其特征在于，压型钢板的厚度小于3毫米。

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