CN108809215A - 在高速公路上方架设光伏电池板发电方案 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，由光伏电池板组件、光伏电池板支架、逆变器等组成；其特征在于：所述的光伏电池板组件是面朝南，倾角等于当地的纬度φ安装在高速公路上方的光伏电池板支架上；光伏电池板支架由支架立柱、横梁、平面网格架、三角架、压板和紧固件等组成，两种设计方式：（一）横跨支架，其支架立柱分立于单向车道的两旁，横梁和平面网格架横跨车道；（二）悬臂支架，其支架立柱也有两排，都立于路旁一侧，悬臂横梁延伸到车道上方；安装方式：横梁架在支架立柱上，平面网格架固定架在横梁上，三角架安装在平面网格架上，光伏电池板组件安装固定在三角架上。本发明可节省光伏发电的用地，容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域，尤其是光伏发电方面。
背景技术
太阳能是清洁取之不尽用之不竭的能源，不受国际风云变幻影响的能源。开发利用好太阳能，对于人类可持续发展，创造青山清水生态环境有战略意义；太阳能利用只有大规模转化为电能，才能真正发挥较大作用；太阳能转化为电能有两种方法：一种是光伏发电，一种是光热发电；光伏发电是太阳能辐射中某些波段辐射量子激发晶体硅电池片P-N结的电子跃迁形成的电流，目前的单晶硅电池效率单件可以达到18%，组件可以达到14%；光伏发电技术比较成熟，应用也比较普遍，但是通常功率不大；光热发电是太阳辐射平均值热值利用，常用塔式或抛物槽式聚光发电；由于太阳能的辐照弱，在地面平均太阳辐照强度在每平方米800-900W，因此，无论采用何种形式的太阳能发电都需要占据大量的土地面积；耕地农田不可占，山地平整场地费用高，在戈壁滩等无人烟的地方修建太阳能电站，需要修路，架输电线，成本也高。高速公路占据了大量面积，而且交通便利，到2016年底，我国高速公路里程达到13万公里，以4车道，每单车道3.5米宽度计算，每公里空间面积有14000平方米面积，全国现有车道面积18.2亿平方米；网络上曾经报道过美国工程师发明设计利用高速公路的路面铺设太阳能电池板，并取得风险基金资助；为了节约土地资源，欧英雷曾在《广东科技》（2012年 第15期 218-219页）上提出“利用高速公路实现太阳能光伏发电的构想”，即以利用高速公路的路面来埋设太阳能电池板的构想，用特殊光学材料来铺设高速公路的路面，从而实现高速公路太阳能光伏发电站；但是，在高速公路的路面铺设太阳能电池板，需要承受汽车重载负荷的透明盖层，这就是难题，即使有这种材料，其成本也很贵，光透率也很低，批量生产浪费其他资源也很多，因此在高速公路路面铺设太阳能电池板的方案技术不成熟。
发明内容
本发明的目的在于减少现有光伏发电方案的占地，提出在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，它可以利用高速公路交通方便、上方无遮拦、离用户不远的优势，又能克服在高速公路路面铺设光伏电池板的许多难题；本发明的设计方案，架设在高速公路上方空间光伏电池板，具有合适的倾角、稳定、抗风、抗雪，安装容易，光伏发电装置成本低等优点，为低成本大规模太阳能发电提供一个可实现的原创性新方案；如果太阳能光伏发电以实际装机容量按每千瓦峰值14平方米计算（地面太阳辐照强度平均约700W，太阳能电池效率约10%计算），每公里高速公路光伏装机容量以峰值计算约为1000ＫＷｐ，全国光伏装机容量以峰值计算约为130 GWp，假如有40%道路被利用，装机容量也可达52GW；由于太阳能是间歇能源，平均以有效工作时间6小时计算，年工作约2200小时，则可提供电力1144亿度电，每年可节约标准煤4560万吨，二氧化碳减排12000万吨，按照现有补贴及脱硫电价计算，每年直接产生近1050亿元经济效益；
为实现上述目的，本发明的技术方案是：在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，由光伏电池板组件、光伏电池板支架、光伏发电系统的逆变器、电路连接网线等组成，光伏电池板组件在接受太阳辐射后发出直流电，经过串、并联电路和光伏发电系统的逆变器等，把电能输送给用户或并到电力网；其特征在于：所述的光伏电池板组件是安装在高速公路上方的光伏电池板支架上；所述的光伏电池板支架是由支架立柱、横梁、平面网格架、三角架、压板和紧固件组成；光伏电池板支架有两种设计方式：一种是横跨单向车道的光伏电池板支架，简称横跨支架；另一种的悬臂式的光伏电池板支架，简称悬臂支架；支架立柱底部焊接底脚板，脚板有螺栓孔，支架立柱立在地基混凝土墩台上，由地基螺栓穿过脚板的螺栓孔，再用螺母紧固；支架立柱顶部焊接有顶托板；横梁架在支架立柱的顶托板上并用紧固件固定；平面网格架固定架在横梁上，三角架安装在平面网格架上，光伏电池板组件安装固定在三角架上；平面网格架在高速公路上方，离公路路面的高度高于公路上方规定允许的高度，保证车辆通行安全；光伏电池板组件受照面法线方向朝南，即面之方位角γ= 0，调整范围±10º；光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，简称倾角，等于当地的纬度φ，调整范围±10º，由三角架的夹角β控制；
在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，其特征在于：所述的横跨支架，是只横跨单向车道的支架，单向车道是指高速公路由中间隔离带分出汽车行驶方向相反的两个单向车道之一；横跨支架的支架立柱有两排，分立于高速公路单向车道的两侧，即一排支架立柱立于车道的外侧护栏外，另一排立于中间隔离带边；支架立柱立在地基混凝土墩台上；支架立柱顶部焊接有顶托板，顶托板离公路路面的高度高于公路上方规定安全的高度，以保证车辆通行安全；横梁架在支架立柱的顶托板上并用紧固件固定；平面网格架是固定架在横梁上，顺高速公路延伸，呈水平状态；三角架分排安装在平面网格架上，每排相邻三角架安装一块光伏电池板组件，三角架的光伏电池板组件边与底边的夹角等于光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，通常取当地的纬度φ；每排三角架的方位角与光伏电池板组件的受照面方位角相等，通常是朝南；三角架的前后排的距离以正午时前排光伏电池板组件不遮挡太阳直射光线为度，例如光伏电池板组件的长度为B，光伏电池板组件的倾角为β，则前后排的距离C =B/cosβ；
在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，其特征在于：所述的悬臂式的光伏电池板支架，简称悬臂支架，支架立柱有两排，同置于高速公路车道的一侧，第一排靠近高速公路的护栏，第二排离第一排2至4米远，两排支架立柱的高度相等；在第一、二排对应的两个支架立柱上架横梁，横梁在第一排支架立柱支点起延伸到车道上方，呈悬臂梁状态，悬臂长度小于半个单向车道宽度；横梁在第二排支架立柱支点外延伸到道旁，悬臂长度小于2米；平面网格架是固定架在横梁上，顺高速公路延伸，水平状态，其宽度与横梁的长度相等；三角架分排安装在平面网格架上，每排相邻三角架安装一块光伏电池板组件，三角架的光伏电池板组件边与底边的夹角等于光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，通常取当地的纬度φ；每排三角架的方位角光伏电池板组件的受照面的方位角相等，通常是朝南；三角架的前后排的距离以正午时前排光伏电池板组件不遮挡太阳直射光线为度，例如光伏电池板组件的长度为b，光伏电池板组件的倾角为β，则前后排的距离C =B/cosβ；
在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，其特征在于：所述的悬臂式的光伏电池板支架，应用在东西走向和与东西向偏差≤±10º的高速公路的南单向车道上，为节省支架费用，采用斜坡悬臂式支架；所述的斜坡悬臂式支架，有两排一高一低的支架立柱，高支架立柱在北，靠近高速公路护栏，低支架立柱在南，离高速公路远些，高、低支架立柱相距2至4米；每对高低支架立柱上架设南北向的横梁，横梁与地平面夹角等于当地纬度，即光伏电池板组件受照面的倾角；高支架立柱最低高度不低于高于公路上方障碍物的允许高度，低支架立柱不低于2米； 横梁在高支架立柱支点外延伸到车道上方，横梁在低支架立柱支点外延伸到道旁；平面网格架是固定架在横梁上，呈斜面状态，与地平面夹角等于当地纬度；光伏电池板组件通过等外形的矩形框架安装固定在倾斜平面网格架上；倾斜平面网格架是由若干数目的长管或矩形管固定架在倾斜的横梁上构成；光伏电池板组件通过等外形的矩形框架直接安装固定在倾斜平面网格架的长管或矩形管上。
本发明的在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，它可以利用高速公路交通方便、上方无遮拦、离用户不远的优势，又能克服在高速公路路面铺设光伏电池板的许多难题；本发明的光伏电池板组件安装在高速公路上方空间的光伏电池板支架上，所述的光伏电池板支架由两排支架立柱、横梁、平面网格架、三角架、压板和紧固件组成；光伏电池板组件受照面法线方向朝南，与地平面的夹角β等于当地的纬度φ，具有年平均受照太阳辐射量最大；倾斜布置的光伏电池板组件抗雨、抗雪性能好；分排布置的光伏电池板组件，通风容易，风阻力小；光伏电池对路面有遮阳作用，可以减轻烈日对地面的辐射；光伏电池板支架有两种设计方式：一种是横跨式的光伏电池板支架，简称横跨支架；悬臂式的光伏电池板支架，简称悬臂支架；在横跨支架上安装光伏电池板组件，发电利用面积大，对整个高速公路路面保护作用更好；悬臂支架采用双支架立柱方式，增加系统稳定性和抗风性；尤其是在东西向南车道上采用斜坡悬臂式支架，即通过高低支架立柱、横梁和倾斜平面网格架，安装光伏电池板组件的方案，最为经济；
综上所述，本发明的在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，可以节省光伏发电的用地，支架结构技术成熟、容易实现，设计考虑了聚能最大化的光伏电池板组件合适倾角、排间距、稳定性、抗风抗雪性，安装容易，光伏发电装置成本低等因素，总体具有原创性、先进性、实用性和可行性，为低成本大规模太阳能发电提供一个可实现的原创性新方案。
附图说明：
图1是本发明在高速公路上方架设光伏电池板发电方案的实施例1，光伏电池板组件安装在横跨式的光伏电池板支架上的三维示意图。
图2是本发明实施例1的部分区段的三个视向的示意图，即正视图（a）、左视图（b）、俯视图（c）。
图3是本发明实施例2的光伏电池板组件安装在悬臂式的光伏电池板支架上的三维示意图。
图4是本发明实施例2在东西走向的高速公路的北单向车道上的悬臂式的光伏电池板支架安装光伏电池板组件方案的侧视图。
图5是本发明实施例3的光伏电池板组件安装在东西向高速公路南单向车道的斜坡悬臂式的光伏电池板支架上的三维示意图。
图6是本发明实施例3的侧向视图的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图，进一步说明本发明。但本发明并不仅限于此。
实施例1
实施例1由图1、图2说明；本发明在高速公路上方架设光伏电池板发电方案的实施例1，是在横跨高速公路上方光伏电池板支架上安装光伏电池板组件的光伏发电方案，方案中包括光伏电池板组件、光伏电池板支架、光伏发电系统的逆变器、电路连接网线等，光伏电池板组件在接受太阳辐射后发出直流电，经过串、并联电路和光伏发电系统的逆变器等，把电能输送给用户或并到电力网；图1只给出部分路段的光伏电池板组件安装在高速公路上方横跨式的光伏电池板支架上的三维示意图；如图1表示了本发明的光伏电池板组件1、支架立柱2、横梁3、平面网格架4、三角架5之间的关系；所述的横跨支架，是只横跨单向车道的支架，单向车道是指高速公路由中间隔离带分出汽车行驶方向相反两个单向车道之一；横跨支架的支架立柱2有两排，分立于高速公路单向车道的两侧，即一排支架立柱立于车道的外侧护栏外，另一排立于中间隔离带边；支架立柱底部焊接底脚板，脚板有螺栓孔，支架立柱立在地基混凝土墩台上，由地基螺栓穿过脚板的螺栓孔，再用螺母紧固；支架立柱顶部焊接有顶托板；横梁3架在支架立柱的顶托板上，用压板、螺栓等紧固件固定；平面网格架4是固定架在横梁上，顺高速公路延伸，水平状态；为了保证横梁和平面网格架的刚度和减轻重量，横梁可以采用矩形腔体钢管，或把矩形腔体钢管的矩形四角换成四根直径较小的圆钢管，四根平行钢管之间用若干根短管相互连接支撑，成为桁架结构的横梁；平面网格架也可以采用桁架结构，通常为上下层桁架结构；三角架5分排安装在平面网格架上，用压板和螺栓固定；每排相邻三角架安装一块光伏电池板组件1，三角架的光伏电池板组件边与底边的夹角等于光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，通常取当地的纬度φ；每排三角架的方位角光伏电池板组件的受照面的方位角相等，通常是朝南；三角架的前后排的距离以正午时前排光伏电池板组件不遮挡太阳直射光线为度，例如光伏电池板组件的长度为B，光伏电池板组件的倾角为β，则前后排的距离 C =B/cosβ；在东西向高速公路上的光伏电池板组件一排排与公路平行，在南北向高速公路上的光伏电池板组件一排排与公路行车方向垂直，而其它走向的高速公路上方安装的光伏电池板组件，在保证其受照面朝南时会与公路走向有夹角；
图2进一步说明本发明实施例1的在高速公路上方架设光伏电池板方式，图2（a）是正视图，即从图1的A方向看高速公路上方架设光伏电池板的视图，主要表示了支架立柱离地面的高度H和沿公路纵向相邻支架立柱的距离D，高度H要高于高速公路车辆最高限度，距离D应为光伏电池板组件的宽度A的若干倍，可以在4-6米；图2（b）是左视图，即从图1的B方向视图，表示了横梁的长度L，等于单向车道的宽度，也表示了光伏电池板组件的长度B，光伏电池板组件的倾角为β，以及三角架5的底边的长度C，实际确定了前后排的距离；图2（c）是俯视图，即从图1的C方向视图，主要表示从空中俯视光伏电池板组件的排列，本发明实施例的光伏电池板组件有三排，分别是1a、1b和1c。
实施例2
实施例2由图3、图4说明；实施例2与实施例1的光伏发电方案实质相同，都包括光伏电池板组件、光伏电池板支架、光伏发电的配送的逆变器、电路连接网线等，两个实施例的差别在于：实施例2光伏电池板组件是安装在悬臂式的光伏电池板支架上，如图3所示，所述的悬臂式的光伏电池板支架，简称悬臂支架；其支架立柱有两排2a、2b，同置于高速公路车道的一侧，第一排2a靠近高速公路的护栏，第二排2b离第一排2至4米远；两排支架立柱的高度相等；在第一、二排对应的两个支架立柱上架装横梁3，横梁在第一排支架立柱支点起延伸到车道上方，呈悬臂梁状态，悬臂长度小于半个单向车道宽度；横梁在第二排支架立柱支点外延伸到道旁，悬臂长度小于2米；平面网格架4是固定架在横梁上，顺高速公路延伸，水平状态，其宽度与横梁的长度相等；三角架5分排安装在平面网格架上，每排相邻的三角架之间安装一块光伏电池板组件1，三角架的光伏电池板组件边与底边的夹角等于光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，通常取当地的纬度φ；每排三角架的方位角光伏电池板组件的受照面的方位角相等，通常是朝南；三角架的前后排的距离以正午时前排光伏电池板组件不遮挡太阳直射光线为度，例如光伏电池板组件的长度为B，光伏电池板组件的倾角为β，则前后排的距离C =B/cosβ；
图4 是实施例2在东西走向的高速公路的北单车道上的悬臂式的光伏电池板支架安装光伏电池板组件方案的侧视图，图中表示了光伏电池板组件1、支架立柱2、横梁3、平面网格架4和三角架5的相互位置关系。
实施例3
实施例3由图5、图6说明；实施例3是实施例2的一种特例，应用在东西走向和与东西向偏差≤±10º的高速公路的南单向车道上，是为节省支架费用，专门设计的斜坡悬臂式支架；如图5所示，所述的斜坡悬臂式支架，有两排一高一低的支架立柱，高支架立柱2L在北，低支架立柱2D在南，高支架立柱靠近高速公路南通道护栏外，低支架立柱离高速公路远些，高、低支架立柱相距2至4米；每对高低支架立柱上架设南北向的横梁3，横梁与地平面平行线的夹角等于当地纬度，即光伏电池板组件受照面的倾角，高支架立柱最低高度不低于高于公路上方障碍物的允许高度，低支架立柱不低于2米；横梁在高支架立柱支点外延伸到车道上方，横梁在低支架立柱支点外延伸到道旁；平面网格架4可以由若干数目的长管，顺高速公路延伸固定架在倾斜的横梁上构成；光伏电池板组件1通过等外形的矩形框架直接安装固定在倾斜平面网格架的长管上；
图6是实施例3的横截面的侧视图，图中表示了光伏电池板组件1，高、支架立柱2L、2D，横梁3，平面网格架4的相互关系。
Claims (4)
1.在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，由光伏电池板组件、光伏电池板支架、光伏发电系统的逆变器、电路连接网线等组成，光伏电池板组件在接受太阳辐射后发出直流电，经过串、并联电路和光伏发电系统的逆变器等，把电能输送给用户或并到电力网；其特征在于：所述的光伏电池板组件是安装在高速公路上方的光伏电池板支架上；所述的光伏电池板支架是由支架立柱、横梁、平面网格架、三角架、压板和紧固件组成；光伏电池板支架有两种设计方式：一种是横跨单向车道的光伏电池板支架，简称横跨支架；另一种的悬臂式的光伏电池板支架，简称悬臂支架；支架立柱底部焊接底脚板，脚板有螺栓孔，支架立柱立在地基混凝土墩台上，由地基螺栓穿过脚板的螺栓孔，再用螺母紧固；支架立柱顶部焊接有顶托板；横梁架在支架立柱的顶托板上并用紧固件固定；平面网格架固定架在横梁上，三角架安装在平面网格架上，光伏电池板组件安装固定在三角架上；平面网格架在高速公路上方，离公路路面的高度高于公路上方规定允许的高度，保证车辆通行安全；光伏电池板组件受照面法线方向朝南，即面之方位角γ= 0，调整范围±10º；光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，简称倾角，等于当地的纬度φ，调整范围±10º，由三角架的夹角β控制。
2.根据权利要求1所述的在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，其特征在于：所述的横跨支架，是只横跨单向车道的支架，单向车道是指高速公路由中间隔离带分出汽车行驶方向相反的两个单向车道之一；横跨支架的支架立柱有两排，分立于高速公路单向车道的两侧，即一排支架立柱立于车道的外侧护栏外，另一排立于中间隔离带边；支架立柱立在地基混凝土墩台上；支架立柱顶部焊接有顶托板，顶托板离公路路面的高度高于公路上方规定安全的高度，以保证车辆通行安全；横梁架在支架立柱的顶托板上并用紧固件固定；平面网格架是固定架在横梁上，顺高速公路延伸，呈水平状态；三角架分排安装在平面网格架上，每排相邻三角架安装一块光伏电池板组件，三角架的光伏电池板组件边与底边的夹角等于光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，通常取当地的纬度φ；每排三角架的方位角与光伏电池板组件的受照面方位角相等，通常是朝南；三角架的前后排的距离以正午时前排光伏电池板组件不遮挡太阳直射光线为度，例如光伏电池板组件的长度为B，光伏电池板组件的倾角为β，则前后排的距离C =B/cosβ。
3.根据权利要求1所述的在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，其特征在于：所述的悬臂式的光伏电池板支架，简称悬臂支架，支架立柱有两排，同置于高速公路车道的一侧，第一排靠近高速公路的护栏，第二排离第一排2至4米远，两排支架立柱的高度相等；在第一、二排对应的两个支架立柱上架横梁，横梁在第一排支架立柱支点起延伸到车道上方，呈悬臂梁状态，悬臂长度小于半个单向车道宽度；横梁在第二排支架立柱支点外延伸到道旁，悬臂长度小于2米；平面网格架是固定架在横梁上，顺高速公路延伸，水平状态，其宽度与横梁的长度相等；三角架分排安装在平面网格架上，每排相邻三角架安装一块光伏电池板组件，三角架的光伏电池板组件边与底边的夹角等于光伏电池板组件的受照面与地平面的夹角β，通常取当地的纬度φ；每排三角架的方位角光伏电池板组件的受照面的方位角相等，通常是朝南；三角架的前后排的距离以正午时前排光伏电池板组件不遮挡太阳直射光线为度，例如光伏电池板组件的长度为b，光伏电池板组件的倾角为β，则前后排的距离C =B/cosβ。
4.根据权利要求1所述的在高速公路上方架设光伏电池板发电方案，其特征在于：所述的悬臂式的光伏电池板支架，应用在东西走向和与东西向偏差≤±10º的高速公路的南单向车道上，为节省支架费用，采用斜坡悬臂式支架；所述的斜坡悬臂式支架，有两排一高一低的支架立柱，高支架立柱在北，靠近高速公路护栏，低支架立柱在南，离高速公路远些，高、低支架立柱相距2至4米；每对高低支架立柱上架设南北向的横梁，横梁与地平面夹角等于当地纬度，即光伏电池板组件受照面的倾角；高支架立柱最低高度不低于高于公路上方障碍物的允许高度，低支架立柱不低于2米； 横梁在高支架立柱支点外延伸到车道上方，横梁在低支架立柱支点外延伸到道旁；平面网格架是固定架在横梁上，呈斜面状态，与地平面夹角等于当地纬度；光伏电池板组件通过等外形的矩形框架安装固定在倾斜平面网格架上；倾斜平面网格架是由若干数目的长管或矩形管固定架在倾斜的横梁上构成；光伏电池板组件通过等外形的矩形框架直接安装固定在倾斜平面网格架的长管或矩形管上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710311825.9A CN108809215A (zh) | 2017-05-05 | 2017-05-05 | 在高速公路上方架设光伏电池板发电方案 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710311825.9A CN108809215A (zh) | 2017-05-05 | 2017-05-05 | 在高速公路上方架设光伏电池板发电方案 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108809215A true CN108809215A (zh) | 2018-11-13 |
Family
ID=64054814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710311825.9A Pending CN108809215A (zh) | 2017-05-05 | 2017-05-05 | 在高速公路上方架设光伏电池板发电方案 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108809215A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111342745A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-06-26 | 张勇军 | 一种顶棚式光伏道路 |
| EP4012920A1 (de) | 2020-12-10 | 2022-06-15 | Düllmann Umformtechnik GmbH | Photovoltaikanlage mit satteldachartiger anordnung der solarmodule im freiland |
| WO2023073443A1 (fr) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | Planair Sa | Installation photovoltaique |
-
2017
- 2017-05-05 CN CN201710311825.9A patent/CN108809215A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| EP4012920A1 (de) | 2020-12-10 | 2022-06-15 | Düllmann Umformtechnik GmbH | Photovoltaikanlage mit satteldachartiger anordnung der solarmodule im freiland |
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| PB01 | Publication | ||
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