CN114222496A - 具有光伏系统的温室 - Google Patents

Abstract

本发明包括新的一体式集成系统，该系统与光伏系统、反射太阳能辐射的创新设备、以及用于冷却和清洗光伏面板的创新供水系统相关联，光伏系统、创新设备和创新供水系统均与具有足以允许栽培的高度的温室或金属木器结构相结合。

Description

具有光伏系统的温室

技术领域

本发明的领域是一体式集成系统的领域，该集成系统以高效率将光伏系统关联起来，以用于对于温室或甚至仅对于农业或花卉栽培用的金属木器结构的电力生产。这种集成系统适用于通过使用最少量的农业土地来最大化电力生产，并且同时，这种集成系统非常适用于允许作物在下面的土壤中种植而不会受到不利影响，但相反，这种集成系统有利于作物。高产光伏系统也可以有利地安装在不一定旨在用于农业的结构上、地面上或建筑物上。

背景技术

在温室下或在支撑塑料覆盖件或防冰雹防护网状件的金属木器结构下栽培是已知技术。目前有多种形状和大小的许多类型的温室：双坡、单坡、桶形形状、隧道顶板；由玻璃、聚碳酸酯或塑料膜制成；单通道或多通道；具有不同大小的跨接件；具有金属木器或其他材料的支撑柱；具有位于脊状部处或斜坡部的基部处或沿着整个周缘横向定位的用于通气的窗。近几年来，随着从可再生能源产生电力的需要，适用于在顶板上安装光伏面板的温室的研制已经发展，并且同时允许在地下种植农业或花卉作物。迄今为止，在温室上的光伏系统的实现给作物带来了许多问题和缺点，并且在某些情况下也给上述光伏工厂带来了许多问题和缺点。由于这些原因，该技术目前不发达。事实上，作物生长的基本要素是太阳能辐射，太阳能辐射对于发生叶绿素光合作用来说是至关重要的。在目前的技术中，主要开发了三种不同类型的光伏温室。第一种类型在于用光伏面板填充温室的整个顶板，因此在下面的地面中形成完全的遮蔽部，并且从而限制第一种类型仅用于极少数类型的作物。这种情况在客观上代表了很大的局限性，因为由于完全的遮蔽部，这种类型的结构不适用于绝大多数作物。因此，如果出于市场原因，对这种无光照的环境中允许的少数作物进行种植不再有利可图，并且因此需要用其他作物替代，整个结构将无法使用。这种类型所带来的另外的问题是：在温室内辐射热的光伏面板会改变热平衡，从而严重影响栽培植物的最佳发育。然而，这种类型虽然对这种类型的农业功能造成限制和缺点，但适用于这种类型的光伏功能，并且基于所用表面的大小在产生电力方面具有正常的产量。第二种类型在于温室，该温室以对作物来说不是最佳的沿东西方向的纵向延伸轴线建造，并且该温室只有面向南的顶板覆盖有光伏面板。也提供了高水平的遮蔽部的这种类型不会在底层土壤中为大多数作物创造最佳条件。同样在这种情况下，产生热并改变温室的热平衡的光伏面板损害了所栽培植物的最佳发育。

然而，与前一种结构一样，虽然对结构的农业功能造成限制和不利，但这种类型的结构适用于其光伏功能，并且在产生电力方面具有正常效率，该正常效率总是与所用表面的大小有关。第三种类型在于以双层建造的温室，在该双层中，彼此相距很远的光伏面板占据了顶板的最小部分。这种类型可以为下层的作物提供良好的太阳辐射水平，并且因此适用于农业功能，但是，这种类型对其光伏功能造成许多不利影响。事实上，这种类型具有如下缺点：由于电缆长度较大引起的分散而导致产生电力的性能较差；由于购买的电缆较大而导致成本较高；以及最后，与产生电力的量相比，占据了更多土地。因此，由于这些缺点，这种类型不是很方便，因为在相同的产量下，这种类型需要更大的经济投资。最后，在所有这些类型中，普通和特殊的维护操作是不舒服且昂贵的，并且甚至有时，在特定的栽培阶段，这些类型是不切实际的，甚至是不可能的。因此，似乎将光伏系统与温室相关联的各种系统的现有技术使得：如果光伏系统是专用的，则光伏系统会对农作物产生不利影响，反之亦然，如果对农作物有利，则会对上面的光伏系统产生不利影响。

发明内容

用于从可再生光伏资源产生电力的发电厂、尤其是大型发电厂，主要涉及大面积耕地的占据。事实上，绝大多数光伏系统都是以“固定至地面”的方式建造的，并且对于安装单个MWPP的电力，这种设定以现有的技术需要占据大约3公顷的耕地。明显的是，如果一方面这有助于产生应得的“清洁能源”，但另一方面，这又会从作物的生成移除大量土地。因此，在许多国家中，不再允许在耕地上以“固定至地面”的模制建造光伏电厂。为了避免出于多种原因和在许多国家中造成的这种不可接受的不便，认为在温室或从地面升起的金属木器结构上实现光伏系统，以同时实现两种功能：作物栽培和电力生产。为了在允许栽培土地时产生电力，已经发现了许多项目和解决方案。然而，正如之前报道的，这些解决方案示出了一些缺点。主要目标是保证令人满意的电力生产并控制投资成本以保持项目的便利性的所有项目对于栽培是不利的，因为土地的全部或部分遮蔽部，该遮蔽部极大地限制了作物的生长，从而损害了所种植产品的质量或数量，并且还因为温室内发生的热平衡的有害改变。反之，以保证作物生长的质量和数量为主要目标的所有项目都不是很方便，因为所述项目对叠置的光伏系统有很大的限制和缺点：较高的成本、要占据的更多的土地、以及在电力生产方面的较低的效率，如前所述。归根结底，将光伏系统与温室或甚至金属木器结构相关联所产生的技术问题是，如果有利于电力生产，则会对作物栽培产生不利影响，相反，如果有利于作物栽培，则会对电力生产产生不利影响。

本发明的目的

本发明的目的是通过将创新型温室或呈金属木器形式的结构与创新的高产光伏系统相关联来解决上述技术问题。这种关联保证了两个系统的自主和独立运转，并且不会对两个系统产生任何限制或不利，而是产生协同作用，并且在作物栽培和花卉生产方面以及就电力的生产而言，为两个系统带来成本方面的相互的改进和优势。

本发明的内容

本发明包括一体化集成系统(如图A和图B中的附图中所示)，该集成系统具有要安装在耕地上的多个组成部分，所述多个组成部分具有两个功能：第一个功能是允许最佳作物栽培或花卉生产；第二个功能是允许电力的高产量。这种一体化集成系统通过结合下述实现了该结果：

-创新类型的温室(图C)或呈金属木器形式的结构(图D)，该温室或结构足够高出地面以允许栽培，该温室或结构通过在顶板的建筑构型中引入较宽的通道-沟槽(图En.1)来进行创新，并且还通过根据该温室或结构的组成部分的模块化(图F)标准而构思该温室或结构的事实来进行创新，因此该温室或结构以模块化方式实现(图Fn.2、3、4和5)；

-具有以0°倾斜度的单轴跟踪的创新的光伏系统(图Gn.6)，该光伏系统的创新之处在于引入了倾斜的载荷支承框架(图In.9)，在该框架上安装有光伏面板(图Hn.8)、双回路供水系统(图Mn.17)的反射面板(图Ln.15)以及管道(图Mn.19)(图Mn.18sx和n.18dx)；

-反射太阳能辐射的特定创新设备(图Ln.13)，该设备旨在使光伏面板(图Hn.8)的吸收表面(SC)(图Gn.7和图Hn.7)的辐射增加，该设备的创新之处在于引入了敞开空间(SA)(图Ln.16)，该敞开空间位于光伏面板(图Hn.8)与反射面板(图Ln.15)之间，该敞开空间适用于允许风的流出和来自光伏面板的热的消散两者；

-特定的创新供水系统(图Mn.17)，该供水系统旨在并适用于光伏面板的冷却和清洗以及作物灌溉两者，该供水系统的创新之处在于引入了管道(图Mn.19)的双回路(图Mn18sx和n.18dx)以及引入了用于使流反转的切换阀(图Mn.20)；

所有都在附图中报告并且随后进行了全面描述。这种一体式集成系统代表了现有技术的创新(旨在受权利要求1的保护)。

具体实施方式

本发明的部件

如已经描述的本发明将温室(图A)或金属木器结构(图B)、光伏系统(图Gn.6)、反射系统(图Ln.13)与供水系统(图Mn.17)相关联。这些已知的技术被创新地修改且结合成为一体式集成系统的部件，该集成系统适于同时在相同的底面上并且用单一结构实施两种不同的生产活动，并且适于最大化和优化这两种活动的生产结果，对于这两种活动来说，该系统是专用的，这两种活动即作物生长和光伏能源生产。

一体式集成系统包括已知技术的几个创新部件。本发明的系统使得这两种活动虽然在相同的地面上运行并且虽然使用相同的结构，但仍然完全自主并且彼此独立地发展这两种活动的功能，而没有限制或有害干扰，而相反是互惠互利的。集成系统的两个生产部分的操作的没有限制或有害干扰或不利条件的完全自主和独立代表了现有技术的创新(我们打算通过权利要求13来保护)。一体式集成系统根据农业活动的需要来提供四种不同的构型。该集成系统在功能上包括几个部件。系统的某些部件被两个组合系统使用，并且是农业和光伏生产部分的重要建造块；相反，其他部件具有这两个部分中的一个或另一个部分的特定功能要素。这两个部分的共同部件是：

-耕地；

-地基；

-支撑柱；

-连接梁；

-通道-沟槽(图En.1)；

-用于引导雨水的系统；

-抽吸水的井；

-雨水收集和储存罐；

-预先定位的过滤罐；

-供水站；

-供水系统(图Mn.17)；

-变电站；

-电力系统；

在这个系统中，这些部件对于温室系统和光伏系统两者的运行都是必不可少的通用部分。为了完成具有农业功能的结构，附加部分是：

-金属木器中的桁架或其他结构，所述桁架或其他结构用于支撑各种类型的顶板，但对于某些类型的作物不是必需的；

-呈玻璃或其他材料形式的层，但对于某些类型的作物不是必需的；

-用于通气的窗，但对于某些类型的作物不是必需的；

-加热/冷却系统，但对于特定类型的作物不是必需的；

-具有相关通道门的幕墙，但对于某些类型的作物不是必需的；

为了完成具有光伏功能的系统结构，附加部件是：

-光伏系统(图Gn.6)，该光伏系统具有以0°倾斜度的单轴太阳能跟踪；

-呈钢形式的特定的创新倾斜载荷支承框架(图In.9)，该框架用于安装光伏面板(图Hn.8)、反射面板(图Ln.15)、以及用于光伏面板的冷却和清洗的供水管道(图Mn.19)；

-捕获太阳能辐射的光伏面板(图Hn.8)；

-反射太阳能辐射的系统(图Ln.13)，该系统包括反射面板(图Ln.15)，该反射面板的创新之处在于引入了用于通过敞开空间(SA)进行通气以及风流出的所设计的开口(图Ln.16)，该敞开空间位于光伏面板(图Hn.8)与反射面板(图Ln.15)之间；

-供水系统(图Mn.17)，该供水系统用于冷却和清洗光伏面板(图Hn.8)，该供水系统连接至主供水系统，该供水系统的创新之处在于引入了管道(图Mn.19)的双回路(图Mn.18sx和N.18dx)，该双回路用于使水在光伏面板的捕获表面上均匀地循环和扩散(图Hn.8)，并且该双回路具有对于由跟踪器控制的流来说的特定的切换闸阀(图Mn.20)；

-变电站、保护装置、变压器、逆变器、现场面板、电缆以及光伏系统运行所需的任何其他东西。

具有农业功能的结构

在本发明中，温室、或甚至金属木器结构在其最佳构型中包括几个并排的通道，但不是必须的，这些通道具有共同的中央支撑柱；顶板由山形墙制成，但不是必须的，并且包括适用于支撑顶板的一系列桁架，但不是必须的；顶板具有相对且倾斜的层，但不是必须的，并且所述顶板被布置成用于安装玻璃、聚碳酸酯面板、锚固塑料膜或冰雹防护网。通道的纵向轴线沿作物的最佳取向的南北方向定向。

通道-沟槽

在顶板中，在相邻过道的相对间距之间，通常，在传统技术中，会创建小槽以用于收集和处理雨水。在本发明中，温室的建筑构型或金属木器结构的构型通过设置呈透光材料形式的大型通道-沟槽的构造(图En.1)进行了创新，该构造适用于遵循并且符合事故预防规定。示出在图C(rev.N°5)的附图中的温室架构的以及示出在图D(rev.N°6)中的附图中的金属结构的架构的构型代表了现有技术的创新(旨在于由权利要求5和6来分别保护)。该通道-沟槽(图En.1)用于光伏系统的安装，并且此外，非常适用于安全、轻松地对光伏系统和温室或呈金属木器形式的结构进行所有必要的维护干预。该通道-沟槽(图En.1)保留了收集雨水的功能，雨水通过过滤系统引导到收集罐中，以被随后用于灌溉以及冷却和清洗光伏面板。在图E中的附图中示出的并且用数字1指示的、并且在任何类型的传统温室和金属木器结构中都没有预见到的这种通道-沟槽代表了现有技术的创新(旨在由权利要求7保护)。这种温室结构或呈金属木器形式的结构经过了创新构思，旨在完全独立于这种温室结构或呈金属木器形式的结构上方的光伏系统。因此，该结构可以采用各种类型的作物所需的所有特定技术-结构特性、以及所有可能的多种构型。此外，该结构被设计成能够从中受益高亮度，稍后会详细说明，以使底层土壤适用于任何类型的作物栽培。最终，本发明允许完全执行作物的农业生长而没有任何种类的限制。

结构模块化-模块化功能

从现有技术的分析来看，显现的是，农业和光伏这两个功能在彼此关联时，彼此以不利的方式彼此影响。如果农业功能被优化，则对光伏功能产生不利影响，而另一方面，如果光伏功能被优化，则该光伏功能对农业功能产生不利影响。将这两种功能关联在一体化集成系统中的本发明不仅解决和克服了这些相互不利的条件，而相反产生了协同作用，从而带来了双方的互惠互利、降低了成本、以及使两种功能的生产效果最大化。如前所述的本发明包括一体式集成系统，该集成系统适用于在同一地面上发展两种不同的活动，即农业生产和电力生产。为此，本发明提供了集成独立系统的两个部件自主开发所述部件的功能，而互不损害，并且每个相应系统的操作独立进行。本发明的农业部件是通过提供可用于实施多种类型的作物而设计的，这些作物的工厂通常具有不同甚至相反的需求。因此，呈金属木器形式的整个结构已经被构想为“模块化模式”(图F)，使得整个结构的功能部分中的一些功能部分可以添加至基本结构或在构造为最完整变体时从结构移除，该整个结构即使在更换作物的情况下也适用。为此，该结构被设计成使得可以在四种不同的构型模式下使用(图Fn.2、3、4和5)，从而适应于不同类型作物的需要。第一种方法只提供了安装柱、连接柱和通道-沟槽的梁(图En.1)，所有的安装柱、连接柱和通道-沟槽的梁适用于支撑所计划的光伏系统(图Gn.6)。这种“完全敞开”模式(图Fn.2)不提供任何覆盖件或侧封闭件，并且可以用于不需要封闭环境或用塑料膜或防雹网覆盖的敞开场地中的所用作物。这种模式允许由于光伏系统(图Gn.6)收集的以及来自显然存在于这种模式中的通道-沟槽(图En.1)的数量而导致的雨水的最大收集量等于约20％。第二种“防冰雹”模式(图Fn.3)提供了适用于支撑防冰雹网的桁架被安装在金属结构上，因为某些类型的作物需要这种桁架。这种模式相比以前的模式允许更好地回收雨水，因为防冰雹网还有助于收集和引导一定量的雨水。第三种“覆盖但敞开”模式(图Fn.4)提供了适用于支撑聚碳酸酯或塑料覆盖件的桁架被安装在结构上，从而使整个周缘保持敞开。然而，与前述的方法相比，这种方法允许保护栽培的植物免受冰雹的影响，并且还免受过度降雨的影响，这在某些栽培阶段中可能是极其有害的。

这种方法还允许收集沉淀在顶板的整个表面上的雨水，使得节省相当大量的水。第四种“完整温室”模式(图Fn.5)提供了在结构的顶板上的桁架支撑玻璃、聚碳酸酯或塑料膜面板，并且存在由相同材料制成的周缘墙，以创造封闭的环境来实施温室栽培。作为系统的最完整的变体的这种构型与前述构型一样，允许收集所有雨水，使得具有节水的优势。构成允许广泛的使用灵活性的结构的部分的现代化代表了现有技术的创新(旨在通过权利要求12保护)。

具有光伏功能的结构

作为已知技术的具有在0°倾斜度处的单轴跟踪的光伏系统(图Gn.6)，包括一系列光伏面板(图Hn.8)，所述光伏面板以固定方式直接安装在倾斜的载荷支承框架上(图In.9)。该框架锚固至旋转轴线(图In.12)，该旋转轴线连接至一系列机械部分，所述机械部分由机动化件管理，该机动化件由适当的程序化的电子单元控制，以用最佳方式定位光伏面板以用于捕获太阳辐射。本发明需要在所设计的通道-沟槽(图En.1)中安装具有0°倾斜度的单轴跟踪光伏系统(图Gn.6)，该通道-沟槽存在于结构的顶板之间，并且锚固至该通道-沟槽的自身的支撑柱。光伏系统的所计划的安装代表了现有技术的创新(旨在由权利要求9保护)，该光伏系统的所计划的安装位于所描述的通道-沟槽中(图En.1)并且锚固至底层结构的同一支撑柱，如图G中的附图中所示。该位置允许节省所有工作的成本，并且不可忽视地节省了建造坚固的地基以及适当的支撑柱所需的成本，所述支撑柱适用于将强烈暴露于风应力的这种系统牢固地固定至地面。在本发明中，太阳能跟踪器的旋转轴线(图In.12)主要沿南北方向布置。因此，从东向西缓慢旋转并且将光伏电池面板朝向太阳辐射引导的这种系统将在一天中的所有时间追求最佳曝光。已知技术的单轴跟踪光伏系统的实质上的创新之处在于引入了呈钢形式的载荷支承倾斜框架(图In.9)，该框架刚性连接至旋转轴线(图In.12)，该旋转轴线经过适当准备，除了安装光伏面板(图Hn.8)之外，允许将反射太阳辐射的系统(图Ln.13)与供水系统(图Mn.17)关联；通过特定修改的贡献进行创新的已知技术旨在克服传统系统的缺点和限制，并且可以有利地用于本发明的当前的集成“温室-光伏”单元。将具有以0°倾斜度的单轴跟踪的光伏系统与反射太阳辐射的系统以及用于冷却光伏面板的供水系统相关联呈现了对现有技术的创新(旨在由权利要求2保护)。设置在所述集成系统中的具有以0°倾斜度处的单轴跟踪的光伏系统(图Gn.6)可以有利地使用，该光伏系统也仅与反射太阳能辐射的系统相关联(图Ln.13)(权利要求3)或仅与供水系统相关联(图Mn.17)，以用于光伏面板的冷却和清洗(rev.N°4)。这些一体式集成系统的变体代表了现有技术的创新(旨在由权利要求3和4分别保护)。与光伏系统相关联的两种技术提供了光伏面板的更大辐射以及光伏面板的冷却，这种更大辐射通过使用反射太阳能辐射的表面和光伏面板的冷却来获得，光伏面板的冷却通过特定供水系统来获得，该特定供水系统允许均匀地位于收集表面上的一定量的水，从而使温度降低，并且同时清洗所述光伏面板。更大的辐射、更低的温度以及捕获表面的清洁度极大地有助于使电力的产量增加。

倾斜载荷支承框架

本发明提供了呈钢形式的倾斜的载荷支承框架(图In.9)，该框架为光伏面板(图Hn.8)提供了更好的锚固，从而为整个设备提供了更大的坚固性，并且此外，该框架还设定成用于安装反射系统(图Ln.13)和供水系统(图Mn.17)。钢倾斜载荷支承框架(图In.9)包括平坦的中央基部(图In.10)和翼状部(图In.11)，该中央基部旨在用于安装光伏面板(图Hn.8)，该翼状部具有平坦侧部，但该平坦侧部相对于基部倾斜，该翼状部旨在用于安装反射面板(图Ln.15)并且还设计成用于安装双回路供水系统(图Mn.18sx和18dx)的管道(图Mn.19)，以用于冷却和洗涤。侧向翼状部的倾斜度将使得反射面板所反射的太阳能辐射直接且均匀地引导在光伏面板(图Hn.8)的被捕获的(SC)表面。在倾斜载荷支承框架(图In.9)的下层部分中，并且更准确地说是在倾斜载荷支承框架的中央中，通过将沿着该倾斜载荷支承框架的整个纵向延伸部刚性连接而允许叠加的重量被完美平衡，该下层部分具有结构的旋转轴线功能的钢管状件(图In.12)。在该系统中，引入了另外的实质性创新，并且包括将所述倾斜载荷支承框架(图In.9)的倾斜翼状部(图In.11)定尺寸成使得安装在翼状部上的反射面板(图Ln.15)不与光伏面板相邻(图Hn.8)，但是足够间隔开的。所有这样做是为了在反射面板与光伏面板之间创建足够的敞开空间(SA)(图Ln.16)。该敞开空间(SA)(图Ln.16)允许光伏面板的通气，从而有利于散热，并且还允许风流走，从而消除了稍后更好地说明的比例“帆效应”。在倾斜载荷支承框架(图In.9)的结构下方的部分中，安装了震动吸收器和/或所计算的配重，所述震动吸收器和/或所计算的配重适于使整个装置更能抵抗风应力。所述倾斜载荷支承框架(图In.9)的发明代表了现有技术的创新(旨在受权利要求8保护)。所有在附图中报告(图In.9)；其中，标有数字14和字母SR(反射表面)的部分代表了框架的将安装反射面板(图Ln.15)的部分；标有数字16和字母SA(敞开空间)的部分代表了保持敞开的空间；以及标有数字7和字母SC(捕获表面)的部分代表了框架的将安装光伏电池面板的部分(图Hn.8)。所述倾斜载荷支承框架及其构型的在具有以0°倾斜度的单轴跟踪的光伏系统中的引入使捕获面板与反射面板之间的所述敞开空间成为必要，该敞开空间代表了现有技术的创新(旨在由权利要求8保护)。所描述的倾斜载荷支承框架在图I中的附图中示出并且用数字9指示。本发明通过该解决方案克服了现有技术的限制和缺点。

太阳能辐射反射系统

在现有技术中，更大的辐射是通过使用反射表面来实现的，并且由于预定的倾斜度，这种更大的辐射将反射的太阳能辐射引导在光伏面板的捕获表面上，从而无缝、侧向和刚性地接合光伏面板和反射面板，因此在光伏面板与反射面板之间形成单个本体。这种结构所概括的形状是平坦的表面，该平坦的表面具有在侧向端部处的两个倾斜的翼状部；平坦的表面是接合至两个平坦但倾斜表面的光伏面板，其具有由反射面板组成的两个翼状部。该技术具有两个缺点；光伏面板的过热和更容易受到风应力的影响。在该技术中，两个倾斜的翼状部，即直接接合至捕获表明的两个侧部的反射表面构成了屏蔽部，该屏蔽部不利于正常通气，从而减少了光伏面板的散热，这导致更多的过热正是由于反射表面而导致的更大的照射量。

众所周知，光伏面板产生的电能与光伏面板的温度以线性函数的方式成反比；因此，如果一方面反射表面增加了能量的产生，另一方面，光伏面板的过热显着降低了这种增加。上述光伏面板的过热客观地代表了当前技术的限制，本发明由于所描述的敞开空间(SA)(图Ln.16)克服了这种限制，该敞开空间位于光伏面板(图Hn.8)与反射面板(图Ln.15)之间，这有利于通气并且因此有利于散热。第二个缺点是由于这些壁的凹形构型，即包括平坦表面以及接合至侧向端部的倾斜翼状部的两个表面的单个本体，该单个本体的轮廓产生所谓的“帆效应”，该帆效应由于翼状部的尺寸导致的表面积的增加而恶化，这使翼状部暴露于甚至更多的风应力。众所周知，事实上，极易受到风应力的影响的跟踪光伏系统均配备有下述机构：当风强度增加时，该机构将整个系统的光伏面板自动设定在水平的“保护”的位置中，以呈现适于更好地抵抗强应力的轮廓，从而降低可能的严重破坏的风险。然而，这种必要的自动化即使保护光伏系统免受严重损坏并且也免受该光伏系统可能的破坏，但这种必要的自动化缺点是发电效率较低。事实上，在一年中的所有日子里，其中，由于强风，系统进入到“保护”模式中(布置有光伏面板并且保持数小时甚至数天的模式，所述光伏面板固定在水平位置中)，由于系统不再追求相对于太阳能辐射的最佳取向，存在电能生产效率降低。对风应力的脆弱性增加客观地代表了当前技术的局限性。由于所描述的敞开空间(SA)(图Ln.16)，本发明克服了这种限制，该敞开空间通过允许风的流出来使整个结构更具抵抗力并且不易受到强应力的影响。捕获表面(图H、I、Ln.7SC)与反射表面(图H、I、Ln14SR)之间的敞开空间(图H、I、Ln.16SA)代表了现有技术的创新(旨在由根据权利要求10保护)。所有均在图H、I和L中的附图中报告，并用字母SA和数字16指示。

用于冷却的供水系统

本发明提供的是，在于光伏面板(图Hn.8)与反射面板(图Ln.15)之间纵向延伸的敞开空间(图H、I、Ln.16SA)中的倾斜载荷支承框架(图In.9)上，安装有特定的管道(图Mn.19)，该管道连接至温室的主供水系统，该管道适用于将预定量的水均匀地释放光伏面板的捕获表面上，从而同时冷却和清洗光伏面板。用于冷却和清洗光伏面板的供水系统所供给的水量(图Mn.17)将通过通道-沟槽(图En.1)进行回收，并且用于灌溉作物，或者，如果没有必要，通过过滤系统输送至收集罐，以随后重复使用。避免不必要的分散的这种系统有助于显着节水。作为本发明的组成部分的供水系统(图Mn.17)与用于模块的冷却和清洗的传统系统相比具有两个创新。第一个创新包括双回路(图Mn.18sx和18 15dx)，该双回路由安装在预先设置的倾斜载荷支承框架上的两个独立供水管道组成(图In.9)，并且该双回路精确地沿着光伏面板的大表面的纵向延伸部的两个侧部。第二个创新包括安装特殊的切换阀(图Mn.20)，由太阳能跟踪器的机械化件控制的该切换阀最初使水流启用到两个回路中的第一个回路中(图Mn.18sx)，不包括第二个回路，并且后来，当光伏面板的整个捕获表面的倾斜度由于太阳能跟踪器的旋转而反转时，该切换阀不包括第一个回路，从而将水引入到第二个回路中(图Mn.18dx)。因此水可以始终在光伏面板的大表面上正确流动，从而在全天中不断地冷却和清洗光伏面板。包括相关管道(图Mn.19)和所述切换阀(图Mn.20)的这种双回路(图Mn.18)供水系统(图Mn.17)代表了对现有技术的创新(旨在由权利要求11保护)。如图M中的附图所示，第一个供水回路由位于左侧上的数字18(sx)指示，以及第二个供水回路由数字18(dx)指示并且位于右侧上。供水管道用数字19指示，以及标有数字20指示用于切换水流的阀。

高性能光伏系统

最终，对于本发明的光伏部件，所发现的新技术包括在单个系统中创新和关联了几个技术上不同的系统：光伏系统、反射系统和供水系统。这种创新关联的结果是先进的光伏系统，该光伏系统具有在能源生产方面的非常高的产量，该光伏系统以较低的成本获得，并且该光伏系统允许在下层的土壤中进行任何栽培。该系统自身与本发明的其他组成部分集成在一起，作为用于农业功能的结构。然而，该系统也可以有利地独立地用于其他领域。

集成系统在电能生产方面的性能

为了更好地评估作为本发明的组成部分的光伏系统的高效率，将在电力生产率方面的结果与传统温室系统进行比较是适当的。众所周知，建在温室上的绝大多数光伏电站都是具有由光伏面板覆盖的唯一面向南的地层的光伏电站。这种构型与以“固定至地面”的模式建造的光伏系统的构型相媲美，固定至地面的模式是主要使用的技术，其中光伏面板向南定向、纬度在意大利中南部、以及最佳倾斜度为30°。实际上，安装在温室上的具有布置在面向南的单个地层上的光伏面板的光伏系统，在大多数情况下，具有10°与20°之间的非最佳倾斜度，因此效率较低。在该比较中，对于本发明的光伏系统，将不考虑传统系统的性能中的这种降低因素，也不考虑假设的更大产量，这是由于光伏面板因为不断清洗而导致的更大清洁。也就是说，以30°的倾斜度安装在意大利的中南部纬度处的传统“固定至地面”系统，对于安装的每MWp的光伏发电来说，每年产生约1,450,000kWh的电力(在10°与20°之间的倾斜度的情况下，每年产生的电能减少至约1.400.000kWh)。在同一纬度处，作为以0°倾斜度的东西向单轴跟踪件的本发明设计的光伏系统，对于安装每MWp的光伏发电来说，每年产生约2,050,000kWh的电力。在光伏系统的计划优化构型中，这种电力产量是由于使用了反射系统，将该电力产量提高了30％。这种增加的结果是基于反射太阳能辐射的面板的表面尺寸的所计算的影响的乘积。然而，如果面板表面反射太阳能辐射增加，则这种增加可能更大。根据当天的水温和天气条件，增加的电力产量通过冷却水系统进一步增加了在10％与20％之间变化的百分比。然而，为了进行这种比较，将使用15％的谨慎平均值来量化一年中产生的电力的增长，这些电力来自用于冷却光伏面板的供水系统。因此，考虑到单轴跟踪光伏系统每年产生的2,050,000kWh并且加上下述值：相关反射系统带来的30％的增长以及相关冷却系统带来的15％(而不是20％)的平均谨慎增长，达到了安装的每MWp的光伏发电每年产生的约2,972,500kWh的谨慎值。不考虑倾斜坡度的顶板的结构，在倾斜顶板的由玻璃制成的最佳“完整温室”构型中，由于倾斜坡度的玻璃表面的反射效应，有助于更大的辐射，在一天中的某些小时内，倾斜坡度的玻璃表面对反射在光伏面板的捕获表面上的太阳能辐射进行引导，从而提高玻璃表面的电力产生的效率(反照率效应)。因此，发明的光伏系统的新技术保证了电力产量与传统系统的电力产量相比增加了一倍以上，而占用大致相同量的耕地。因此，实现目前的集成系统在经济上是有利的。

集成系统的优势

如本发明中所构想和构造的，两个不同的生产电厂、农业电厂和光伏电厂在单一创新的集成系统中的良好关联使得实现相关优势成为可能。

1]一个优势涉及投资成本。通过组合，这两个系统具有许多共同的组成部分。事实上，针对光伏系统的结构和操作设计的高性能光伏系统使用了已经为温室系统制造的相同的组成部分。因此，避免了重复，并且从而大大节省了投资成本。

2]一个优势涉及管理成本。如已经报道的，本发明的集成系统提供了两种活动的关联、用于作物栽培的农业活动和用于产生电力的光伏活动。众所周知，农业活动在栽培的所有阶段都需要大量的电力，这些电力是以自由市场的高成本购买的。农业活动、灌溉、温室可能的加热或冷却、通气、照明以及甚至监视系统和监测所需的电力是由同一系统的光伏部分自行产生的，因此极大地减少了费用。再次，存在可观的经济节省的优势。

3]仍然关于成本，额外的优势来自更新的供水系统。如已经说明的，该系统提供了额外的双回路，该双回路安装在倾斜的载荷支承框架上，并且精确地安装在光伏面板的各种串的捕获表面的侧部上，双回路连接至旨在用于灌溉作物的主供水系统。这种双回路用于光伏面板的冷却和清洗。该电厂有助于提高光伏面板的效率，但与此同时，该电厂的运行需要成本。因此，考虑到植物的持续灌溉是作物成功必不可少的因素，供水系统的回路设计成使得用于灌溉之前的水通过冷却并且清洗光伏面板而经过在光伏面板上。因此，无论何时灌溉作物，该系统都可以消除光伏面板的冷却和清洗的成本。

4]此外，通过光伏面板的水加热并达到更高的温度，并且在用于灌溉时，尤其是在冬季时，有助于所栽培植物的发育。所有这些构成了巨大的经济优势。

5]敞开空间带来了系统在电力产生方面的更高效率的优势，该敞开空间设置在光伏面板与反射面板之间的敞开空间，从而允许通气，并且因此更好地散热。

6]本发明的另外的优点涉及保护光伏系统免受风应力。安装在顶板上并且精确地安装在相邻过道的相对间距之间的通道-沟槽上的光伏系统位于水平脊线下方，并且因此可以更好地抵御风应力。事实上，抵抗来自北方或南方的风的光伏系统使该光伏系统的较不脆弱的侧部暴露于应力，而抵抗来自东方和西方的风的光伏系统，即使暴露出更脆弱的轮廓，也受到顶板坡度的更高高度和顶板坡度的倾斜的形状两者的保护，该倾斜的形状使风的方向向上偏转。因此避免了可能的损坏，并且此外，不必变成“保护性”水平位置的光伏系统具有更大的电力产量。

7]设置在光伏面板与反射面板之间从而消除“帆效应”的敞开空间具有对于风应力的较低的脆弱性的优点。出于这个原因，同样在这种情况下，避免了损坏并且存在更大的电力产量。

8]该系统供给的另一个优点是光伏面板的捕获表面的更高的清洁度。事实上，从地面提升的光伏系统较少受到灰尘和污垢的影响，这些灰尘和污垢通过附着至光伏面板的捕获表面来降低光伏系统的效率。

9]此外，正如我们已经描述的，水在光伏面板上的连续运输会进行不断的清洗，因此由于清洁了捕获太阳能辐射的表面而导致更好的性能的优点。

10]供给本发明系统的另一个优点涉及参与这些操作的工人的维护和安全。事实上，虽然位于距地面一定高度处的光伏系统安装在预期的大型通道-沟槽中，因此非常容易以与放置在地面上的系统相同的方式安全地进行所有维护操作。同样在这种情况下，由于进行维护所需的时间更少且成本更低，因此实现了经济优势，因为这些操作不需要使用梯子、提升平台或提升篮来到达建造成距地面一定高度的电厂。还节省了由于将来自以“固定至地面”模式建造的光伏系统所占据的土地的杂草定期清除而导致的所有费用。此外，在该系统中，由于光伏系统位于温室结构的外部，因此不存在由于必须从温室自身内部和正在进行作物的地方进行普通和特殊维护操作的缺点和复杂性。

相反，用现有技术制造的结构会带来困难和复杂性。

11]本发明系统供给的另一个优点在于该结构在其农业功能中的使用的灵活性/可逆性。事实上，所有设计的结构都是根据模块化的标准来构思的，并且是以“模块化模式”制造的，即通过组装或拆卸该结构的组成部分中的的一些组成部分，可以适于作物及作物的不同的需求的替代。

12]就农业功能而言，本发明的系统供给的另一个优点在于可以由作物利用的更大数量的太阳能辐射。通过所安装的光伏系统下方的地面的表面而接收到的总光量由漫射光量和直射光量来决定。由于覆盖件的透光表面积更大，本发明的系统允许作物受益于比传统温室光伏系统的漫射光量更高的漫射光量。直射光量取决于来自顶板和周缘幕墙的光量。来自顶板的光量取决于未被光伏系统占据且对光透明的自由表面与被光伏系统占据且对光不透明的表面之间的比率。处于预期的最佳构型中的本发明的系统需要80％的反射表面将对光是透明的。来自周缘幕墙的光量取决于幕墙的高度，并且这可能会根据所采用的不同栽培方式而有所不同。本发明系统的典型构型提供距地面5米的平均高度，这对应于约13％的额外的直射光量。因此，在光伏系统下方的地面中进行的栽培在系统所占据的整个表面上接纳93％的直接入射光。此外，由于上面的光伏系统，遮蔽部不会在一天中的所有时间停留在同一个地方，而是以相反的方式跟随太阳的方向从西向东移动。因此，作物总是受益于93％的直接光的所有漫射亮度，并且此外，与单独栽培植物相比，最小遮蔽部是暂时的，该最小遮蔽部具有较短的持续时间。由此可见，由叠置的光伏系统所造成的遮蔽部相当于经过云的短暂运输所造成的遮蔽部，并且因此，由叠置的光伏系统所造成的遮蔽部与栽培目的完全无关。

13]就光伏功能而言，本发明的系统供给的另一个优点在于，与固定至地面或固定在占据大致相同的土地面积的温室的顶板上的传统光伏系统的生产相比，电力产量增加了等于或多于两倍。这种更大的增加是由于单轴跟踪器、反射太阳能辐射的设备和不断刷新和清洗光伏面板的供水系统。因此，整个结构的成本发生率、通过占据与传统电厂大致相同的土地面积所产生的每千瓦时的电力，使得经济投资非常方便，并且甚至更方便，因为本发明的系统允许在相同时间能够完美且不受任何限制地使用地下的土地进行所有类型的农业种植。总之，本发明允许实现本发明的目的并实现设定目标的所有结果。应该理解的是，以上和所示的所有内容仅代表本发明的潜在实现的选择形式，而不是限制性形式。然而，根据需要，始终涉及相同发明构思的范围的其他等同实施方式也是可能的。因此，应当理解，如上文所述以及附图中所示的本发明的描述还必须延伸到其他实施方式，所述其他实施方式例如可以在形状、尺寸、材料和任何其他等同物方面变化，但所述其他实施方式在任何情况下总是涉及落入以下列出的权利要求的保护范围内的相同的发明概念。

Claims (13)

1.一种一体式集成装置，所述装置与四个不同的系统相关联；所述装置包括：

-温室或呈金属木器形式的结构，所述温室或所述结构具有位于顶板的架构中的较宽的通道-沟槽(1)，并且所述温室或所述结构根据所述温室或所述结构的组成部分中的每个组成部分的模块化标准进行设计，因此所述结构将以模块化方式(2、3、4、5)建造；

-光伏系统(6)，所述光伏系统(6)具有倾斜的载荷支承框架(9)，所述载荷支承框架(9)构造有中央平坦表面(10)和两个侧向翼状部(11)，所述中央平坦表面(10)安装有光伏面板(8)，所述两个侧向翼状部包括两个平坦平面，但所述两个平坦表面相对于中央表面倾斜，所述两个侧向翼状部安装有对太阳能辐射进行反射的面板(15)；

反射系统(13)，所述反射系统(13)包括反射面板(15)，所述反射面板(15)将所反射的太阳能辐射引导至所述光伏面板(8)的捕获表面(7)，所述反射系统(13)具有位于所述光伏面板(8)与所述反射面板(15)之间的空间(16)，所述空间(16)用于由所述光伏面板产生的热的处理以及风的流出；

-供水系统(17)，所述供水系统用于冷却和清洗所述光伏面板(8)，所述供水系统具有管道(19)的双回路(18)，所述双回路(18)中的一个回路在右边并且另一个回路在左边，所述双回路(18)沿着所述光伏面板(8)的所述捕获表面(7)的整个长度在侧向上延伸，并且所述双回路(18)具有切换闸阀(20)，所述切换闸阀(20)用于使水流交替地从两个管道回路中的第一个管道回路(18SX)转向流至第二个管道回路，以及从两个管道回路中的第二个管道回路(18dx)转向流至第一个管道回路。

2.根据权利要求1所述的一体式集成装置，所述装置的特征在于，在所述光伏系统与对太阳能辐射进行反射的系统(13)的关联方面，对太阳能辐射进行反射的所述系统(13)以刚性方式连接至所述光伏系统，并且用于对所述光伏面板进行冷却和清洗的所述供水系统(17)连接至所述光伏系统。

3.根据权利要求1所述的一体式集成装置，所述装置的特征在于，在所述光伏系统与对太阳能辐射进行反射的系统(13)的关联方面，对太阳能辐射进行反射的所述系统(13)以刚性方式连接至所述光伏系统。

4.根据权利要求1所述的一体式集成装置，所述装置的特征在于，用于对所述光伏面板进行冷却和清洗的所述供水系统(17)连接至所述光伏系统。

5.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，所述温室在所述顶板的架构中包括位于相邻过道的相对的倾斜斜坡部之间的较宽的通道-沟槽(1)。

6.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，所述金属木器结构包括位于大型通道-沟槽(1)上方的部分的架构。

7.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，所述通道-沟槽(1)允许所述光伏系统的安装，并且允许容易地进行所有维护操作并且允许雨水的回收和引导。

8.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，所述倾斜载荷支承框架(9)构造成具有用于安装所述光伏面板(8)的平坦基部(10)以及平坦但倾斜的两个翼状部(11)，所述两个翼状部用于安装对太阳能辐射进行反射的面板(15)，并且用于安装供水系统(19)双回路(18)的管道，所述供水系统用于冷却和清洗所述光伏面板，并且所述倾斜载荷支承框架(9)在所述倾斜载荷支承框架(9)的构型中还设置了敞开空间(16)，所述敞开空间(16)位于所述光伏面板(8)的所述捕获表面(7)与对太阳能辐射进行反射的表面(14)之间，所述敞开空间用于允许所述光伏面板的散热和风的流出。

9.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，所述光伏系统的放置与太阳能辐射反射系统和/或供水系统相关联或不相关联，所述供水系统用于对所述通道-沟槽(1)中的所述光伏面板进行冷却和清洗，并且所述供水系统设定在所述金属木器结构的所述温室的同一支撑柱上。

10.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，与光伏系统相关联且刚性连接的对太阳能辐射进行反射的系统(13)具有位于所述光伏面板(8)的表面与对太阳能辐射进行反射的面板(15)的表面之间的敞开空间(816)，所述敞开空间允许热的处理以及风的流出。

11.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，用于对所述光伏面板(8)进行冷却和清洗的所述供水系统(17)与所述光伏系统相关联且连接，所述供水系统(17)具有管道(19)的双回路(18)，所述双回路(18)安装在所述光伏面板(8)的整个捕获表面(7)的纵向展开部的两侧部上，所述双回路(18)连接至由太阳能跟踪器以机械或电子的方式控制的水流切换闸阀(20)。

12.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，所述金属木器结构的模块化以模块化模式构想为四个构型：“完全敞开”(2)、“防冰雹”模式(3)、“覆盖但敞开”模式(4)和“完整温室”模式(5)。

13.根据权利要求1所述的一体式集成装置，其特征在于，所述一体式集成装置的功能模型保证了所述一体式集成装置的两个部分即农业部分和光伏部分在生产活动方面的完全自主性和完全独立性，而不具有有害干扰或不利条件，但产生了协同效应并且带来了双方的互惠互利。

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