CN103457512B - 一种管状光伏发电组件应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述应用方法利用至少一根以上的管状光伏单元阵列布置在水面上的管状光伏发电组件进行光伏发电，并降低水面的光照及风速，减少蒸发量，可应用于江海、河流、天然湖泊、人工湖泊、水池、荒漠干旱地区的人工水池等表面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种管状光伏发电组件的应用方法，尤其涉及一种管状光伏发电组件的分布式应用。
背景技术
随着光伏技术的应用普及，在光照强烈的荒漠地区建设了越来越多的光伏电站，由于距离电力负荷中心区域较远，对电网的输送能力提出了很高要求，贴近负荷的分布式光伏应用被认为是解决此问题的有效方式。但由于电力负荷中心地区往往建设及居住密度较大，难以具备可以大面积安装常规光伏电池板的空间位置，对分布式光伏的大规模推广带来障碍。另外，目前的主流光伏模组均为板状，很容易受风力影响，需要坚固的金属支架予以固定，成本较高。
管状结构的光伏组件具有很好的机械强度，特别是透明玻璃管具有重量轻、成本低、密封性能优异、耐候性好、机械强度大、自支撑力强及使用寿命长的显著优点，作为对光伏器件或光伏装置的封装及自支撑结构材料，可以大幅降低成本、延长使用寿命。
太阳光照对生态环境有很大影响，我国拥有大面积的天然湖和人工湖，前者形成自然的水域景观，改善人们的生活环境；后者是人工依地势挖掘而成的水域，沿岸因境设景，具有一定的水深以利于水产。然而，日光照射使水面温度升高，导致湖水蒸发量加大，湖面逐渐缩小，而且湖面越大，湖面的蒸发量越大，破环了生态环境。很多的荒漠的形成也与过量的光照有关，造成单位面积年降水量小于年蒸发量，水分的过度蒸发而使土壤湿度下降到很低水平，在较高风速下容易被吹走造成水土流失甚至沙尘暴。如果能够减少水面光照强度，降低水面风速，可减少水面蒸发量。
有文章报道利用水面进行光伏发电的设计，如新加坡水上太阳能光伏浮岛试点项目，何祚庥及陈应天的睡莲方案，但这些方案有的采用普通光伏板，需另加浮力装置才可保持在水面上，并且维护困难；睡莲类设计，虽然利用了部分装置浮力，但同样存在维护困难问题，并且难以解决北方冬季水面结冰时对装置的损害。
发明内容
本发明目的在于为解决上述问题而提供一种管状光伏发电组件应用方法。
根据本发明提供的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述应用方法利用至少一根以上的管状光伏单元阵列布置在水面上形成的管状光伏发电组件进行光伏发电，并降低水面的光照及风速，减少蒸发量。
进一步地，所述水面为江海、河流、天然湖泊、人工湖泊、水池、荒漠干旱地区的人工水池等表面。
进一步地，所述管状光伏单元的外壳为玻璃管。
进一步地，所述管状光伏单元的玻璃管内布置单晶硅电池、多晶硅电池或各种薄膜光伏电池。
优选地，所述管状光伏单元的玻璃管内还布置有光学装置，其可以实现一定的聚光功能，以减少电池用量，降低成本，增加发电量。
进一步地，所述管状光伏单元的长度超过2.5米；优选地，所述管状光伏单元的长度超过5米，可充分利用玻璃管的强度和自支撑能力，简化安装工序，节省材料及人工成本。
进一步地，所述玻璃管为密闭设计；可以良好地将玻璃管内外进行水、气隔离。
进一步地，至少一根以上的所述管状光伏单元在同一平面内排列形成管状光伏发电组件，所述管状光伏发电组件漂浮在水面上，使其阵列平面基本为水平面；此方式可节省管状光伏发电组件安装的基础施工量，降低成本。
进一步地，所述管状光伏发电组件中的管状光伏单元相对静止，且有效受光面与水平面呈倾斜角度布置。
进一步地，所述管状光伏单元可绕与各自玻璃管轴心线平行的轴线旋转，以跟踪光线获得更大发电量。
进一步地，所述管状光伏发电组件可绕与其平面垂直的轴线旋转，以跟踪光线获得更大发电量。
优选地，构成所述管状光伏发电组件的各管状光伏单元的玻璃管之间留有空隙间隔，以减少光线遮挡影响，增加管状光伏单元的发电量。
进一步地，所述管状光伏单元及其构成的管状光伏发电组件重量密度较轻，使其漂浮在水面上的吃水深度较浅，管状光伏发电组件的排水体积小于玻璃管总体积的一半，水面未达到玻璃管水平直径线，以达到抵抗冰冻破坏的目的，并提供较大额外浮力。
优选地，所述管状光伏发电组件的排水体积小于玻璃管总体积的三分之一，进一步增强抗冻能力及增大浮力。
进一步地，管状光伏单元或管状光伏发电组件所提供的额外浮力可以承托人员或装置完成维修保养工作。
进一步地，所述管状光伏单元或管状光伏发电组件布置于荒漠干旱地区的洼地或水池中，在发电的同时，通过减少太阳辐射及风力造成的水分蒸发量，使该部分面积的年蒸发量小于年降水量，能够收集保存天然降水，达到改善环境或支持种植养殖业发展的目的。
附图说明
图1为管状光伏发电组件的管状光伏单元结构的主视图的示意图；
图2为管状光伏发电组件的管状光伏单元的另一实施例；
图3为图2的管状光伏单元结构的侧视图的示意图；
图4为管状光伏发电组件布置于水面的应用方法的结构示意图。
具体实施方式
在中国有许多水面可以建设大型、超大型光伏电站。中国的青海湖、鄱阳湖，太湖和洪泽湖，其面积均超过4000平方公里。中国大理有极好的太阳能资源，而地处云南大理市的洱海，其水面约为250平方公里。中国有80000平方公里的湖泊。中国的渤海湾实际上是中国的内海，水面超过20000平方公里。按照每平方公里设置500兆瓦光伏发电装置，年发电量一亿度计算，仅渤海湾就可以放置功率为10亿千瓦太阳能管状光伏发电组件；再者北京市具有4大水库，水库湖面总面积100多平方公里，可实现年发电量100亿度，北京市年使用水量大约6～10亿立方，而每年输入水源为16亿立方水，其中有至少6亿立方水为湖面蒸发，水之源浪费巨大。为此，本发明提出了一种管状光伏发电组件的应用方法，通过将多个管状光伏发电组件平行并列连接，漂浮布置在水面上，可在实现光伏发电的同时，减少水面面积，降低水面光照及风速，减少蒸发量。
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明。
图1为管状光伏发电组件的管状光伏单元结构的主视图的示意图。如图1所示，管状光伏单元110包括玻璃管113及在玻璃管113内布置的光伏电池111，所述光伏电池111布置于玻璃管113的管内底部，光伏电池111产生的热量通过玻璃管113传导至玻璃管113外部；其中所述光伏电池111可以为单晶硅电池、多晶硅电池或各种薄膜光伏电池。
图2为管状光伏发电组件的管状光伏单元的另一实施例。如图2所示，管状光伏单元220，包括玻璃管213及在玻璃管213内中间位置布置的光伏电池211；光伏电池211电池可以为单晶硅电池、多晶硅电池或各种薄膜光伏电池。
图3为图2的管状光伏单元结构的侧视图的示意图。图中显示所述管状光伏单元320包括玻璃管313、玻璃管313两端布置的密封接头314及中间位置布置的光伏电池311；进一步地，所述玻璃管为密闭设计；可以良好地将玻璃管内外进行水、气隔离；进一步地，所述管状光伏发电组件可绕与其阵列平面垂直的轴线旋转，以跟踪光线获得更大发电量。具体地，所述管状光伏单元320可绕与各自玻璃管轴心线平行的轴线旋转，以跟踪光线获得更大发电量。管状光伏单元320的长度超过2.5m；优选地，管状光伏单元320的长度超过5m，可充分利用玻璃管313的强度和自支撑能力，简化安装工序，节省材料及人工成本，以便于安装以及维修；进一步地，所述玻璃管313直径范围在30毫米～180毫米之间，优选地，所述玻璃管313直径范围在50～120毫米之间。玻璃管313本身具有良好的自支撑能力，同时壁厚比较适宜，过大直径的玻璃管313壁厚较厚，导致单位采光面积的玻璃材料用量较多，成本上升；过小直径的玻璃管313虽然材料较省，但强度偏低，缺乏足够的自支撑能力。例如管壁厚度可以为1.5mm～3mm，且该玻璃管313为常见的尺寸，工艺成熟，加工成本低廉，特别适合所述管状光伏单元多个阵列布置形成管状光伏发电组件的大规模应用。
图4为管状光伏发电组件布置于水面的应用方法的结构示意图。如图4所示，管状光伏单元421、管状光伏单元423、管状光伏单元425的至少一根以上的所述管状光伏单元在同一平面内排列形成管状光伏发电组件，所述管状光伏发电组件漂浮在水面423上，使其平面基本为水平面；该管状光伏发电组件整体东西轴向布置或南北轴向布置；优选地东西轴向布置，且管状光伏单元421～管状光伏单元425相对静止，通过板状固定件416将各管状光伏单元相互连接，且其内部的光伏电池411及相关组件整体与水平面成一定角度布置，例如应用于北京地区时为40°倾斜布置；进一步地，所述水面为江海、河流、天然湖泊、人工湖泊、水池、荒漠干旱地区的人工水池等表面；优选地，构成所述管状光伏发电组件的各管状光伏单元的玻璃管之间留有空隙间隔，以减少光线遮挡的影响，增加管状光伏单元的单位面积发电量。进一步地，所述管状光伏单元及其构成的管状光伏发电组件重量密度较轻，使其漂浮在水面上的吃水深度较浅，管状光伏发电组件的排水体积小于玻璃管总体积的一半，水面未达到玻璃管水平直径线，玻璃管浸入水中部分的水平截面积随深度增加而减少，如果受到水面结冰等情况的压力作用时，玻璃管可以向上部升起以减少截面积降低压力，不至于受压破碎，以达到抵抗压力，防止冰冻破坏的目的；另外，玻璃管还具备一定的排水余量，能够提供较大的额外浮力。优选地，所述管状光伏发电组件的排水体积小于玻璃管总体积的三分之一，即玻璃管露出水面以上的高度a至少为吃水深度b的两倍，进一步增强抗压抗冻能力及增大浮力。例如管状光伏单元421的玻璃管外径70mm；长度4m，每米自重1kg，则总重4kg，玻璃管总排水重量为15kg，该管状光伏单元421布置在水中的排水体积小于玻璃管体积的三分之一，可达到抵抗冰冻破坏的目的，并能提供较大的额外浮力。进一步地，当所述管状光伏单元或管状光伏发电组件达到一定数量时，其额外的浮力可以支撑人员或装置在其上部运动或停留，可以很安全方便地在水面以上完成维修保养工作。进一步地，所述管状光伏单元可绕与各自玻璃管轴心线平行的轴线旋转，可以在高度角方向跟踪光线，获得更大发电量。进一步地，所述管状光伏发电组件可绕与其阵列平面垂直的轴线旋转，以跟踪光线获得更大发电量，例如该管状光伏发电组件沿着该轴线自东向西旋转，与太阳光线的方位角度的变化向一致，将光伏电池平面的法线与太阳处于同一平面内。
该管状光伏发电组件的另一应用实施例为：所述管状光伏单元或管状光伏发电组件布置于荒漠干旱地区的洼地或水池中，在发电的同时，减少太阳辐射及风力造成的水分蒸发，使年蒸发量小于年降水量，能够收集保存天然降水，达到改善环境或支持种植业、养殖业发展的目的。例如：在荒漠中设置人工蓄水池，一般情况下，该荒漠地区年降水量为每平米300毫米，而年蒸发量为每平米600毫米，所以无法存水，干旱情况越来越严重。通过在该蓄水池表面布置管状光伏发电组件可以缓解干旱情况，该管状光伏发电组件由若干管状光伏单元构成，该管状光伏单元外壳为直径70毫米的玻璃管，玻璃管布置的中心距为100毫米，中间间隔30毫米。由于管状光伏发电组件的设置，蓄水池表面接收光照量大幅下降，风速明显降低，水面蒸发量能够降低到每平米年蒸发150毫米以下，此面积内的天然降水量超过了水分蒸发量，蓄水池就可以存留水分，多年下来可达到一定的深度，用来促进环境改善及支持种植业、养殖业的发展。
显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。
Claims (11)
1.一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述应用方法利用至少一根以上的管状光伏单元阵列布置在水面上形成的管状光伏发电组件进行光伏发电，并降低水面的光照及风速，减少蒸发量；所述管状光伏发电组件可绕与其阵列平面垂直的轴线旋转；所述管状光伏发电组件中的管状光伏单元相对静止，且其有效受光面与水平面呈倾斜角度布置；所述管状光伏单元包括玻璃管及玻璃管内布置的光伏电池。
2.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述水面为江海、河流、天然湖泊、人工湖泊或水池表面。
3.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏单元的长度超过2.5米。
4.根据权利要求3所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏单元的长度超过5米。
5.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述玻璃管为密闭设计。
6.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏发电组件的各管状光伏单元的玻璃管之间留有空隙间隔。
7.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏发电组件中的管状光伏单元可绕与各自玻璃管轴心线平行的轴线旋转。
8.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏发电组件可绕与其平面垂直的轴线旋转。
9.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏发电组件的排水体积小于玻璃管总体积的一半，水面未达到玻璃管水平直径线。
10.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏发电组件的排水体积小于玻璃管总体积的三分之一。
11.根据权利要求1所述的一种管状光伏发电组件应用方法，其特征在于，所述管状光伏单元或管状光伏发电组件所提供的额外浮力可以承托人员或装置完成维修保养工作。
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