CN111587531A - 浮置光伏模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发电的浮置模块(1)，所述浮置模块包括：‑至少一个光伏面板(10)，以及‑浮置框架(20)，所述面板(10)安装在所述浮置框架上，其特征在于，所述光伏面板(10)包括上部面和下部面，所述上部面和所述下部面能够通过光伏效应生成电力，并且其特征在于，所述浮置模块(1)进一步包括反射装置(40)，所述反射装置能够朝所述面板的所述下部面(11)反射光线，所述反射装置(40)包括多个浮置反射球(41)和/或防水布(42)，所述防水布附接到所述框架(20)。

Description

浮置光伏模块

技术领域

本发明涉及一种用于借助于光伏面板进行发电的浮置模块，并且涉及一种包括若干个模块的电站。

背景技术

包括一个或多个安装在浮置框架上的光伏面板的浮置光伏系统是已知的。出于若干种原因，这些系统被认为是有利的，特别是与常规光伏系统(意指那些安装在地面或建筑物上的光伏系统)相比。

一方面，光伏系统的直接环境中的水的存在使面板能够自然冷却，并且因此提高效率。另外，浮置光伏系统可以为其环境带来益处，因为通过阻挡一些光到达水中，所述浮置光伏系统可以限制例如湖泊中的不想要的藻类生长或蒸发。

作为实例，文献US2006/0090789公开了一种浮置光伏模块，所述浮置光伏模块包括管状框架，所述管状框架包括圆柱形浮选元件和连接到其它相同结构的连接管。在此框架上布置了光伏面板，所述光伏面板包括设置有光伏电池的单个面，此面指向天空。

此类型的结构具有不能通过使用双侧面板来增加的有限的有效性，因为约7％的水反射系数太低而不足以证明与此类面板相关联的另外的成本是合理的。

文献US2009/0120486也是已知的，所述文献描述了平行于地面表面布置的双侧光伏面板，在所述双侧光伏面板上布置有反射涂层。出于若干种原因，从效率的角度来看，此结构也受到限制。

一方面，没有描述用于冷却面板的系统，因此可以预测面板温度的与直接光和反射光相关的显著增加，这往往或降低其效率。

而且，为了使足够的光能够到达反射涂层，将面板彼此隔开一定距离定位，这增加了此系统所需的表面积。

发明内容

鉴于以上内容，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的缺点。

具体地，本发明的目的是提供一种与现有技术相比具有提高的效率的光伏设施。

本发明的另一个目的是提出一种具有减小的占地面积的设施。

在此方面，本发明提出了一种用于发电的浮置模块，其包括：

-至少一个光伏面板，以及

-浮置框架，所述面板安装在所述浮置框架上，

其特征在于所述光伏面板包括上部面和下部面，所述上部面和所述下部面能够通过光伏效应发电，并且所述浮置模块进一步包括反射装置，所述反射装置能够朝所述面板的所述下部面反射光线，所述反射装置包括多个浮置反射球和/或防水布，所述防水布附接到所述框架。

所述浮置模块的所述浮置框架可以包括多个管状元件，所述多个管状元件彼此连接以限定其中然后布置有所述浮置反射球至少一个封闭单元，所述框架进一步能够将所述球保留在所述单元内。

在所述反射装置包括附接到所述框架的至少一种防水布的实施例中，所述防水布优选地具有反射性。

在一个实施例中，所述防水布在所述框架上伸展以便在所述模块放置在水上时，在水的表面上方延伸。可替代地，所述防水布被成形以收纳压载水，并且所述反射装置进一步包括由所述防水布的边缘和/或所述浮置框架容纳的多个浮置反射球。

有利地，但任选地，所述浮置模块可以进一步包括太阳方位角跟踪装置，所述太阳方位角跟踪装置能够根据太阳的方位角旋转所述模块或所述面板。

优选地，每个光伏面板相对于水平面以介于0°与40°之间的角度延伸，并且优选地相对于水平面以介于25°与35°之间的角度延伸。

本发明还涉及一种光伏电站，其包括根据上文描述的多个浮置模块。

根据本发明的所述浮置模块具有高效率。事实上，在浮置模块上使用双侧光伏面板和反射装置使得能够保存与浮置模块相关的优点(自然冷却、减少蒸发等)，同时提高常规光伏驳船的效率。

在一些实施例中，所述反射装置包括浮置反射球，所述浮置反射球由使框架硬化的防水布或横向构件包含。所述球的球形性质允许获得入射光的漫反射，因此所反射的光更好地分布在面板的下部面上。

在某些实施例中，所述反射装置包括附接到框架上的防水布，此防水布能够在水的上方伸展或收纳压载水。这使所述模块稳定，使所述模块具有良好的效率和很长的使用寿命。

在防水布具有反射性的情况下，同时实现了机械稳定和光学反射功能，而不会产生另外的成本。

在浮置模块进一步包括太阳方位角跟踪装置的情况下，将一天中电能的产生最大化。

附图说明

本发明的其它特征、目的和优点将从以下描述中显现，所述描述纯粹是说明性的而非限制性的并且将参考附图来阅读，在附图中：

-图1表示根据本发明的第一实施例的浮置模块的实例，

-图2a和2b表示根据本发明的第二实施例的浮置模块的实例，

-图3表示根据本发明的第三实施例的浮置模块的实例，

-图4表示浮置模块的太阳方位角跟踪的实例，

-图5a和5b表示与设置有单侧面板的地面光伏电站相比，根据本发明的示例性实施例的浮置光伏电站在每月和每年电能生产中的相对增益。

具体实施方式

参考图1到3，现在将描述根据本发明的不同实施例的用于发电的浮置模块1。

浮置模块1适合于安装在水表面上。此表面可以是例如天然或人工湖泊、池塘或者甚至是海洋表面，优选地位于几乎不暴露于波浪和水流的定位，例如港口、小海湾、泻湖等。

浮置模块1包括至少一个，并且优选地包括若干个双侧光伏面板10，例如多达十个双侧光伏面板10。“双侧光伏面板”被理解为意指覆盖在两个表面上的具有适合于通过光伏效应从光子发电的光伏电池的面板。在当前情况下，覆盖有光伏电池的表面彼此相对，并且包括所谓的上部面11和所谓的下部面12(图2b中所引用)，所述上部面指向天空以便直接从太阳接收光，所述下部面指向放置有模块的水表面以便接收在此水表面上或布置在此表面上的其它反射元件上反射的光子，如下文详细描述。

有利地，每个光伏面板10在相对于水表面的平面形成介于0°与40°之间的角度的平面内延伸。优选地，为了更好的光伏转换效率，此角度介于25°与35°之间。实际上，此角度低于25°，优选地为30°，此角度对应于最大光伏转换效率的位置。

浮置模块1进一步包括浮置框架20，一个或多个光伏面板10安装在所述浮置框架上。此浮置框架有利地包括适用于进行组装的多个直线和/或曲线的管状元件21。为了使得模块能够浮置，浮置框架优选地由如但不限于聚乙烯等轻质材料制成。

根据优选实施例，彼此连接的管状元件限定至少一个封闭单元。例如，框架可以限定正方形或矩形框22。作为变型，所述框架还可以包括架内一个或多个横向构件23，所述一个或多个横向构件利用形成框22的管状元件限定若干个封闭单元24的(参见图2a)。

包括一个或若干个封闭单元的此结构为模块1提供了良好的稳定性。为了进一步增加此稳定性，由框架承载的光伏面板10有利地不延伸超出由框架10限定的一个或多个电池，换言之，所述一个或多个电池被包含在侧向边缘被框架限定的体积内，如图1到3中的情况。

作为变型，可以通过组装管状元件来产生其它形式的框架，例如十字形。

有利地，但任选地，浮置模块1还可以包括用于访问面板10的平台30，此平台安装在框架20上。此类平台示出于例如图3中。为了保存模块的浮力，平台30优选地由格栅制成，换言之，以晶格或网格的形式制成。此平台有利地是可移除的，以仅在维护操作和修理操作的背景下安装。

浮置模块1进一步包括反射装置40，此装置适用于增加模块所定位的水表面的反照率。

以此方式，朝光伏面板的下部面反射的入射光的量大于在没有反射装置的情况下的入射光的量。

图1到3展示了此反射装置的不同实施例。

根据图3所表示的实施例，反射装置40包括浮置反射球41。所述球被布置在由浮置框架20限定的每个电池内的水表面上，并且框架20被有利地成形为在电池中包含珠。例如，当模块1定位于水表面上时，限定框22和横向构件23的管状元件的非浸入部分相对于水平面的高度必须至少等于球高度的三分之一，并且优选地至少等于球高度的一半。例如，球的直径可以介于20cm与40cm之间，并且管状元件和横向构件的非浸入部分的高度可以大于10cm，优选地大于15cm。

球优选地呈球形，以确保入射光的更好的漫反射。所述球优选地为白色或涂覆有反射材料，如Mylar^TM。可替代地，所述球可以代替地涂覆有白色涂料，或者具有由涂层或直接由球的组成材料(例如，金属)提供的银色或金色表面。

在此实施例中并且如图3中可以看到的，浮置框架20优选地包括框22和多个横向构件23，从而使得能够在限定球所定位的若干个电池，同时使用框架20硬化。然后为模块获得了良好的稳定性。

此实施例在经济上非常有吸引力，因为所述实施例使得能够获得良好的光伏转换效率，同时减少模块的组件数量。

作为变型，反射装置40本身适于使浮置模块1稳定。在此方面，反射装置40可以包括固定到框架20上的防水布42。

防水布42优选地具有高反射性。例如，防水布可以通过用白线编织或通过涂成白色而呈白色；或者可以由高反射性材料(例如，Mylar^TM)制成。

优选地，反射球和/或一种或多种防水布由无污染材料制成或涂覆有所述无污染材料。例如，避免使用含有氧化钛TiO的材料。

根据第一实施例，防水布42在浮置框架上伸展，以便当模块1放置在水表面上时在所述水表面上方延伸。

如在图1所示的实例中，浮置框架可以包括由框限定的若干个电池，所述框由管状元件和另外的横向构件(图中不可见)形成。在此情况下，反射装置40可以包括若干种防水布42，每种防水布的大小被确定成覆盖相应的电池并且在所述电池上伸展。

反射防水布在框架上伸展的事实使得既能够显著增加光线朝光伏模块的下部面反射又能够使框架变硬并且因此使模块稳定。

根据图2a和2b所表示的替代性实施例，防水布41(图2a中不可见)的大小被确定并且被固定到浮置框架20上，以便能够收纳压载水B，这使得能够使模块稳定。在此情况下，将防水布的大小确定为使得一旦将压载水(厚度优选地介于5cm与15cm之间，例如介于10cm与15cm之间)定位于防水布上，所述防水布就可以伸展。这使得能够使模块稳定，同时限制防水布的与水相关的反射特性(反照率)的损失。

然而，为了补偿防水布的与压载物的存在相关的反照率的损失，反射装置40非常有利地包括浮置反射球42，所述浮置反射球放置在压载水上并且由防水布30的边缘包含，并且在适当的情况下，由浮置框架10的边缘和/或横向构件包含。例如，浮置球42可以由防水布30的边缘包含在两个相对侧上，并且由浮置框架10的边缘或横向构件包含在其它两侧上。

在此实施例中，通过防水布和反射球增加面板的下部面上的光线的反射量，并且通过在防水布上收纳的压载水来使模块1稳定。

对先前所描述的实施例之一的选择是由所获得的机械稳定性(其在使用防水布的情况下是最佳的)、反射的放大率(其在使用球形球时是最佳的)与经济标准之间的折衷得出的，从以前的标准的角度来看，将防水布与球组合的解决方案是最有利的，但也是最昂贵的。

参考图4a和4b，模块1有利地包括用于跟踪太阳方位角的装置50。此装置50使得能够在白天期间旋转模块1，使得面板的上部面总是指向太阳，以便使从面板产生的电能最大化。

因此，如图4a中可以看出的，太阳方位角跟踪装置使得能够定位模块，使得面板在早晨面向东方，在中午面向南方，并且在傍晚面向西方。

方位角跟踪装置50对于本领域的技术人员来说是众所周知的，并且由如优太新能源公司(Upsolar)、Mecasolar公司、Jsolar公司等公司销售。

根据希望产生的电量，可以将若干个模块分组以形成光伏电站(未表示)。在此情况下，模块可以通过(可能是可移除的)附接构件彼此物理地连接，并且可以连接到共享的转换装置，所述共享的转换装置适用于将由光伏面板产生的直流电流转换成适用于注入电力网的交流电流。

参考图5a，表示了使用根据本发明的实施例的浮置模块创建的光伏电站与包括单侧面板的等效功率的地面电站之间的理论效率增益。

此效率增益已经针对1兆瓦峰值的装机电功率进行建模。电站具有175排，每排包括18块晶体硅双侧光伏面板，每块双侧光伏面板具有350瓦峰值功率。排的18块面板分布在4个浮置模块上，例如两个携带4块面板的模块和两个携带5块面板的模块。

针对以下参数对浮置电站进行建模：

-电站置于水温为16℃的湖泊上，

-所述模块包括根据图1中的实例在框架上伸展的反射防水布，

-所述防水布的反照率为60％，

-光伏面板相对于水的表面倾斜30°，

-所述面板间隔开2.85米，

-所述模块包括太阳方位角跟踪装置。

用于比较的地面电站具有相同的功率，并且包括相同数量的排和面板。空气温度被认为比湖泊温度高一度。另外，所述站的特性如下：

-所述面板是单侧的，

-所述面板相对于地面表面倾斜15°，

-土壤反照率为20％，

-所述面板间隔开2.5米，

-所述设备不包括太阳方位角跟踪装置。

在图5a中，观察到二月份效率增益为27％，并且六月份效率增益为35％，年平均效率增益为31.2％。

重要的是要注意，这些数字是针对60％的防水布反照率获得的，但根据防水布或反射球的材料和/或涂层的选择，此反照率可能甚至更高。

在图5b中，根据模块的不同参数，通过使用根据本发明的浮置模块获得的增益已被分解。特别是，将注意到面板的双侧方面以及反射装置的使用的重要性，因为这是产生10.84％的效率增益的原因。

面板倾斜到30°还可以允许效率提高10.98％。

与地面站相比，太阳方位角跟踪装置允许5.72％的增益。

最后，将注意到生产率的增益并非是由不同参数产生的增益的总和，而是大于这一总和，使得可以由此推断出影响光伏能源生产总增益的因素之间存在协同效应。

Claims (8)

1.一种用于发电的浮置模块(1)，所述浮置模块包括：

至少一个光伏面板(10)，以及

浮置框架(20)，所述面板(10)安装在所述浮置框架上，

其特征在于，所述光伏面板(10)包括上部面(11)和下部面(12)，所述上部面和所述下部面能够通过光伏效应发电，并且其中，所述浮置模块(1)进一步包括反射装置(40)，所述反射装置能够朝所述面板的所述下部面(11)反射光线，所述反射装置(40)包括多个浮置反射球(41)和/或防水布(42)，所述防水布附接到所述框架(20)。

2.根据权利要求1所述的浮置模块(1)，其特征在于，所述反射装置包括多个浮置反射球(41)，所述浮置框架(20)包括多个管状元件(21)，所述多个管状元件彼此连接以限定至少一个封闭单元(24)，所述浮置反射球(41)布置在所述至少一个封闭单元(24)中，所述框架进一步能够将所述球保留在所述单元内。

3.根据权利要求1所述的浮置模块(1)，其特征在于，所述反射装置包括固定到所述框架的防水布(42)，并且所述防水布(42)具有反射性。

4.根据权利要求5所述的浮置模块(1)，其特征在于，所述防水布(42)在所述框架(20)上伸展以便当所述模块(1)放置在水上时，在水的表面上方延伸。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的浮置模块(1)，其特征在于，所述防水布(42)被成形以收纳压载水(B)，并且所述反射装置(40)进一步包括多个浮置反射球(41)，所述多个浮置反射球(41)由所述防水布的边缘和/或所述浮置框架容纳。

6.根据前述权利要求中任一项所述的浮置模块(1)，其进一步包括太阳方位角跟踪装置(50)，所述太阳方位角跟踪装置能够根据太阳的方位角旋转所述模块(1)或所述面板(10)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的浮置模块(1)，其特征在于，每个光伏面板(10)相对于水平面以介于0°与40°之间的角度延伸，并且优选地相对于水平面以介于25°与35°之间的角度延伸。

8.一种光伏电站，其包括多个根据前述权利要求中任一项所述的浮置模块(1)。

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