空間和能量高效型光伏陣列的制作方法
【技術領域】
[0001]本文中描述的示例性實施例涉及具有多個有角度光伏(PV)模塊的太陽能系統(tǒng)，所述多個有角度光伏模塊捕獲在整個季節(jié)中照射所述太陽能系統(tǒng)的幾乎所有光。
【背景技術】
[0002]除非本文中另外指明，否則本文中描述的材料對于本申請中的權利要求不是現(xiàn)有技術，并且不因包括在本部分中而承認所述材料為現(xiàn)有技術。
[0003]太陽能系統(tǒng)中使用的PV模塊常常以傾斜角度安裝(例如傾斜)，并且與太陽對準，例如，通常在北半球面朝南或者通常在南半球面朝北。與水平配置相比，角度和對準改進能量輸出、雪性能和冷卻，同時降低臟污。在許多的北瑋和南瑋處，PV模塊的傾斜引起在模塊后面的顯著遮蔽，其中該遮蔽的程度通常在冬至最大遮蔽與夏至最小遮蔽之間變化。
[0004]例如，圖1示出了 PV模塊冬至(例如，左側)與夏至(例如，右側)的遮蔽程度的示例，其根據(jù)本文中描述的至少一些實施例來布置。如圖1所示，傾斜角度還影響遮蔽量。更詳細地，圖1的頂部包括與水平面以約15度傾斜的PV模塊，而圖1的底部包括與水平面以約30度傾斜的PV模塊。從圖1可以看出，傾斜角度越大，PV模塊后面的遮蔽延伸的距離就越大。
[0005]遺憾的是，一些傳統(tǒng)PV模塊的電氣拓撲導致在任意的慣常遮蔽事件期間的嚴重能量產(chǎn)生懲罰。特別地，此類傳統(tǒng)PV模塊具有長的串聯(lián)PV電池串，在該串聯(lián)PV電池串中，單個遮蔽的或表現(xiàn)不佳的PV電池會成為能量產(chǎn)生的瓶頸。此類PV模塊通常包括旁路二極管，其中的每個旁路二極管允許電流繞過該串的不同部分。在電壓由于光生電流的不均衡而反向偏置時，保護該串的每個部分的旁路二極管成為斷路，從而使該串的這些部分中的一些從電路中分支出來。
[0006]因此，此類傳統(tǒng)PV模塊常常被間隔開以避免在最壞情況下(例如，冬至)任何相鄰模塊的遮蔽。然而，由于進入光的角度全年并且一直到夏季都變化，進入光中的大部分入射在非生產(chǎn)空間上，從而造成太陽能系統(tǒng)能源損失。
[0007]另一選項是:無任何傾斜地安裝PV模塊以避免任何相鄰模塊遮蔽，并且使得PV模塊的安裝相對更密集。然而，在沒有傾斜的情況下，灰塵、碎肩、雪等會堆積在PV模塊上并且減少PV模塊的能量輸出。相比之下，對于傾斜的PV模塊，僅重力作用和/或結合降水和/或風的作用通常會保持PV模塊相對更干凈，不會有灰塵、碎肩、雪等的堆積。
[0008]本文中要求保護的主題不限于解決任何缺點的實施例或者僅在諸如上述環(huán)境的環(huán)境下操作的實施例。相反，提供本【背景技術】僅用于說明其中可以實踐本文中描述的一些實施例的一個示例性技術領域。

【發(fā)明內容】

[0009]本
【發(fā)明內容】
以簡化形式介紹所選的一組概念，在下文的【具體實施方式】中將對這些概念作進一步的描述。本
【發(fā)明內容】
不旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征或基本特性，也不旨在用于幫助確定所要求保護的主題的范圍。
[0010]本文中描述的一些示例性實施例通常涉及具有多個有角度PV模塊的太陽能系統(tǒng)，該多個有角度PV模塊捕獲在整個季節(jié)中照射在太陽能系統(tǒng)上的幾乎所有光。
[0011]在示例性實施例中，一種太陽能系統(tǒng)包括多個光伏模塊，每個所述光伏模塊相對于水平面以基本上相同角度來定向。所述角度獨立于所述太陽能系統(tǒng)的安裝位置的瑋度，并且所述角度大于或等于15度。所述太陽能系統(tǒng)限定所述太陽能系統(tǒng)的周界內的連續(xù)區(qū)域。所述太陽能系統(tǒng)被配置為在所述光伏模塊處捕獲在整個季節(jié)中朝向所述連續(xù)區(qū)域進入的基本上所有光。
[0012]在另一示例性實施例中，描述了一種組裝太陽能系統(tǒng)的方法，所述太陽能系統(tǒng)包括多個光伏模塊。所述方法包括:將所述多個光伏模塊安裝為多個模塊排，所述多個模塊排具有介于其間的空排。所述方法還包括:將所述光伏模塊電氣布線在一起，包括在需要時從相鄰空排接入所述光伏模塊的后側。所述方法還包括:僅在所述光伏模塊中的全部已被安裝并且電氣布線在一起之后，將多個反射器安裝在所述空排中以代替所述空排創(chuàng)建多個反射器排。
[0013]將在接下來的描述中闡述本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點，并且根據(jù)該描述，該另外的特征和優(yōu)點部分地將是明顯的，或者可以通過實踐本發(fā)明來獲知?？梢越柚谠谒綑嗬髸刑貏e指出的手段及組合來實現(xiàn)并且獲得本發(fā)明的特征和優(yōu)點。根據(jù)下面的描述和所附權利要求書，本發(fā)明的這些特征以及其他特征將變得更加完全明顯，或者可以通過實踐如后文中闡述的本發(fā)明來獲知本發(fā)明的這些特征以及其他特征。
【附圖說明】
[0014]為了進一步澄清本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)點和特征，將通過參照在附圖中示出的本發(fā)明的特定實施例來給出對本發(fā)明的更特別的描述。應理解的是，這些附圖僅描繪本發(fā)明的典型實施例，并且因此不被視作限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明將通過利用附圖進行詳細而更具體地描述，其中:
[0015]圖1示出了冬至與夏至PV模塊遮蔽程度的示例；
[0016]圖2A是包括多個PV模塊和反射器的示例性太陽能系統(tǒng)的立體圖；
[0017]圖2B是圖2A的無反射器的太陽能系統(tǒng)的立體圖；
[0018]圖2C是圖2A的太陽能系統(tǒng)的一部分在冬季和夏季期間的側視圖；
[0019]圖2D是圖2A的太陽能系統(tǒng)的一部分的立體圖；
[0020]圖3A是圖2A的PV模塊之一的實施例的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0021]圖3B是圖2A的PV模塊之一的下角部的立體圖；
[0022]圖3C是圖3A-3B的PV模塊的底架的橫截面視圖；
[0023]圖4A是包括在圖2A的太陽能系統(tǒng)中的支架組件的一部分的立體圖；
[0024]圖4B是圖4A的一部分的詳細立體圖；
[0025]圖4C是針對圖2A的太陽能系統(tǒng)的示例性力對位移廓線(下文簡稱“廓線”)；
[0026]圖5A是包括在圖2A的支架組件中的翼件的立視圖；
[0027]圖5B是圖5A的翼件的端視圖；
[0028]圖6是包括在圖2A的支架組件中的軌道的立體圖；
[0029]圖7A是可以用在圖2A的支架組件中的軌道的橫截面視圖；
[0030]圖7B是圖7A的與安裝結構的支承件機械地耦接的軌道的立體圖；
[0031]圖8A是圖2A的反射器之一的實施例的立體圖；
[0032]圖8B是圖8A的反射器在圖8A的剖切面8B-8B處的橫截面視圖；
[0033]圖9A示出了圖8A的反射器如何耦接至圖2A的支架組件；
[0034]圖9B示出了與圖2A的支架組件耦接之后的圖9A的反射器；
[0035]圖9C是沿圖9B的剖切面9C-9C的橫截面視圖；
[0036]圖9D是包括在圖2A的支架組件中的支柱和如圖9B支承在該支柱上的反射器的橫截面視圖；
[0037]圖1OA示出了示例性鎖定件，該鎖定件可以實施為防止從圖2A的太陽能系統(tǒng)中卸下反射器；
[0038]圖1OB示出了兩個示例性二次結構構件，該二次結構構件可以實施為幫助支承荷載下的反射器；
[0039]圖1OC示出了另一示例性鎖定件，該鎖定件可以實施為防止從圖2A的太陽能系統(tǒng)中卸下反射器；
[0040]圖1lA示出了為嵌套堆疊的多個反射器組件；
[0041]圖11B-11C示出了為嵌套堆疊的多個PV模塊；
[0042]圖12A-12C示出了可在本文所述反射器中形成以影響入射光反射方向的各種圖案；
[0043]圖13示出了可用于本文所述反射器的各種不同材料堆疊；
[0044]圖14A示出了包括多個張力加固件的支架組件；
[0045]圖14B示出了圖14A的支架組件的一部分的詳細視圖；以及
[0046]圖15A-15B示出了可以包括多個PV模塊和反射器的另一示例性太陽能系統(tǒng)的一部分。
【具體實施方式】
[0047]本發(fā)明的實施例通常涉及包括多個有角度PV模塊的太陽能系統(tǒng)，所述PV模塊捕獲在整個季節(jié)中照射太陽能系統(tǒng)的幾乎所有光。一些實施例中的PV模塊是線性遮蔽模塊，意指在PV模塊的前表面或朝向天空的表面上的能量的任何損失導致PV模塊的功率輸出的對應的線性下降。另外，太陽能系統(tǒng)包括插入式反射器，在全部PV模塊已安裝、布線、檢查等，即準備開始將太陽能轉換為電能之后，可以將該插入式反射器添加至太陽能系統(tǒng)。
[0048]現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實施例的各個方面。應當理解，附圖是對這種示例性實施例的概略性和示意性表示，而不限制本發(fā)明，附圖也未必按比例繪制。
[0049]1.太陽能系統(tǒng)
[0050]圖2A是示例性太陽能系統(tǒng)200的立體圖，其根據(jù)本文所述的至少一些實施例進行布置。太陽能系統(tǒng)200包括:多個PV模塊202，包括PV模塊202A和202B ；以及多個反射器204，包括反射器204A。在一些實施例中，PV模塊202和反射器204布置為成排的PV模塊202和成排的反射器204，其中成排的反射器204 —般介于成排的PV模塊202之間。例如，圖2A的太陽能系統(tǒng)200包括三個成排的五PV模塊202，其中三個成排的五反射器204介于三個成排的五PV模塊202之間。更一般地，根據(jù)所述實施例的太陽能系統(tǒng)可以包括各自被布置成比三排更多或更少的排的任意數(shù)目PV模塊202和反射器204。另外，可以存在比成排的反射器204多的成排的PV模塊202，反之，可以存在比成排的PV模塊202多的成排的反射器204。
[0051]另外，圖2A示出了任意定義的X、Y和Z坐標軸。在許多圖中使用X、Y和Z坐標軸來提供一致的參考框架。當太陽能系統(tǒng)200被安裝在名義上水平安裝表面206上時，正Z向和負Z向一般分別與上和下一致，并且X-Y面一般平行于水平面。PV模塊202可以在北半球面朝南來安裝，在該情況下，正X向和負X向可以分別與南和北一致，而正Y向和負Y向可以分別與東和西一致。可替代地或另外地，PV模塊202可以在南半球面朝北來安裝，在該情況下，正X向和負X向可以分別與北和南一致，而正Y向和負Y向可以分別與西和東一致。
[0052]如所示出的，PV模塊202中的每一個相對于水平面以基本上相同的角度Θ I來定向。角度Θ I可以大于或等于15度?？商娲鼗蛄硗獾?，角度Θ I可以小于或等于30度。而且，在一些實施例中，角度Θ I獨立于太陽能系統(tǒng)200的安裝位置的瑋度。例如，可以使用相同角度Θ I，而不管太陽能系統(tǒng)200是以例如赤道北(或南)30度還是赤道北(或南)50
度來安裝。
[0053]另外，反射器204中的每一個相對于水平面以基本上相同的角度Θ 2來定向。角度Θ 2可以大于或等于25度。可替代地或另外地，角度Θ 2可以小于或等于50度。另外，應當理解，當在PV模塊202 —般在安裝在北半球或南半球的情況下面朝南或北時，反射器204相應地一般面朝北或南。
[0054]而且，太陽能系統(tǒng)200限定太陽能系統(tǒng)周界內的連續(xù)區(qū)域，例如，在安裝表面206上的占用區(qū)域。在一些實施例中，太陽能系統(tǒng)200在PV模塊202處捕獲在整個季節(jié)中朝向連續(xù)區(qū)域進入的基本上所有光。在這些和其他實施例中，朝向連續(xù)區(qū)域的基本上所有進入光可以包括在整個季節(jié)中朝向連續(xù)區(qū)域進入的所有光的80%或更多、或者90%或更多、或者甚至95 %或更多?？商娲鼗蛄硗獾?，在一些實施例中，基本上所有進入光可以包括在整個季節(jié)中朝向連續(xù)區(qū)域進入的所有光的80%至95%。
[0055]圖2A的太陽能系統(tǒng)200還包括支架組件208。支架組件208機械地互連PV模塊202以及反射器204。下面提供關于支架組件208的實施例的另外細節(jié)。
[0056]圖2B是圖2A的無反射器204的太陽能系統(tǒng)200的立體圖，其根據(jù)本文所述的至少一些實施例來布置。在一些實施例中，在添加反射器204之前，除了反射器204之外，將太陽能系統(tǒng)200完全組裝。特別地，如圖2B所示，可以使用支架組件208將PV模塊202安裝為成排的PV模塊202，該成排的PV模塊202具有介于其間的空排。另外，可以在安裝反射器204之前將PV模塊202電氣布線在一起。在一些實施例中，針對PV模塊202的電氣連接在PV模塊202的后側(例如，一般為面朝下側)，使得將PV模塊202電氣布線在一起可以包括在需要時接入PV模塊202的后側。另外，可以在安裝反射器204之前檢查并且調試太陽能系統(tǒng)200。在一些實施例中，與在反射器204就位時相比，在圖2B中由空排提供的間隔使安裝、電氣布線、檢查并且調試PV模塊202以供使用的任務更容易完成。在PV模塊202已被安裝、電氣布線并且完全準備好供使用之后，則可以將反射器204安裝在空排中以代替該空排創(chuàng)建反射器排。
[0057]圖2C是圖2A的太陽能系統(tǒng)200的一部分在冬季和夏季期間的側視圖，其根據(jù)本文所述的至少一些實施例來布置。特別地，圖2C示出了 PV模塊202A、202B和在該PV模塊202A、202B之間的反射器204A的側視圖。通過將反射器204A并入PV模塊202A、202B之間，消除了如針對圖1所述的非生產(chǎn)空間的問題，這是因為原本要到達非生產(chǎn)空間的進入光反而被反射器204A反射至PV模塊202B，如圖2C右側所示。
[0058]圖2C左側示出了在一年的一些時期，比如在冬季，當進入光相對于水平面以相對較低的角度進入時，PV模塊202B部分地被PV模塊202A遮蔽。然而，在這些和其他實施例中，PV模塊202中的每一個相對于對應的PV模塊202的PV電池的照射區(qū)域具有線性功率響應。在相對于PV電池的照射區(qū)域具有線性功率響應的PV模塊202中，在PV模塊202的任何PV電池上的進入光的任何損失都導致PV模塊202的功率輸出的線性下降。更一般地，在具有線性功率響應的PV模塊202中，跨PV模塊202的任何PV電池的照射強度的任何變化都導致PV模塊202的功率輸出的線性變化。
[0059]在一些實施例中，太陽能系統(tǒng)200還包括一個或多個逆變器或其他互連設備。例如，圖2D是圖2A的太陽能系統(tǒng)200的一部分的立體圖，其根據(jù)本文所述的至少一些實施例來布置。在圖2D中，為了簡單起見，僅示出了 PV模塊202A、202B和反射器204A。另外，圖2D示出了與PV模塊202電耦接的可選逆變器和/或其他互連設備210。如圖2D所示，互連設備210還機械地耦接至支架組件208，并且設置在基本上PV模塊202A和反射器204A下面。在一些實施例中，通過使互連設備210位于PV模塊202和/或反射器204中的一者或更多者下面，至少部分地保護互連設備210免受雨淋和