光伏发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明描述了光伏发电系统。根据实施例，光伏发电系统包括光伏阵列组和风障。所述光伏阵列组包括多个光伏阵列，所述光伏阵列中的每一个光伏阵列包括多个太阳能电池板和支撑所述太阳能电池板的支撑结构。所述风障被布置为至少部分地围绕所述光伏阵列组，并且包括多个防风元件，所述防风元件中的每一个防风元件具有翼形形状水平截面，或者所述风障包括多个防风元件，通过组合多个平板来形成每个所述防风元件。
【专利说明】光伏发电系统
[0001] 相关申请的交叉应用
[0002] 本申请基于2013年9月20日提交的日本专利申请No. 2013-196134,并要求其优 先权的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0003] 本文中所描述的实施例总体涉及光伏发电系统。
【背景技术】
[0004] 近年来，对于环境问题的关注促进了利用阳光发电的光伏发电系统的全球安装， 并且配备有大规模光伏发电系统的大型太阳能发电厂已经遍布世界各地。在光伏发电系统 中布置了多个太阳能电池板。这些太阳能电池板由包括支架和底座的支撑结构来支撑并固 定。要求支撑结构具有能够承受作用在太阳能电池板上的风压等的强度。
[0005] 然而，支撑结构的安装成本在光伏发电系统的安装成本中占了很大的比例。尤其 是在布置了 10000个或更多太阳能电池板的大型太阳能系统中，这个比例更大。因此，需要 减少支撑结构的安装成本。可以通过减轻支撑结构的重量来实现减少支撑结构的安装成 本。然而，很难在确保支撑结构能够承受风压等的同时减少支撑结构的重量。
[0006] 期望的是，能够减少光伏发电系统中的支撑结构的安装成本。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种能够减少支撑结构的安装成本的光伏发电系统。
[0008] 根据实施例，光伏发电系统包括光伏阵列组和风障。光伏阵列组包括多个光伏阵 列，所述光伏阵列中的每一个光伏阵列包括多个太阳能电池板和支撑所述太阳能电池板的 支撑结构。风障被布置为至少部分地围绕光伏阵列组，并且包括多个防风元件，所述防风元 件中的每一个防风元件具有翼形形状的水平截面，或者风障包括多个防风元件，通过组合 多个平板来形成每个防风元件。
[0009] 根据包括前述元件的光伏发电系统，可以减少支撑结构的安装成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是示出根据实施例的光伏发电系统的透视图；
[0011] 图2是示出图1中所示的光伏发电系统的平面图；
[0012] 图3是示意性地示出当东北风吹在图1中所示的光伏发电系统上时的空气流动的 平面图；
[0013] 图4A和图4B是示出通过图1中所示的防风元件来改变空气流动的状态的视图；
[0014] 图5是用于阐释根据实施例的防风元件与光伏阵列之间的布置关系的视图；
[0015] 图6是示出防风元件布置于光伏阵列组周围的示例的平面图，其中光伏阵列组包 括具有非对齐的端部的光伏阵列；
[0016]图7是示出根据对比示例1的光伏发电系统的平面图；
[0017]图8是示出根据对比示例2的光伏发电系统的平面图；
[0018] 图9A和图9B是用于阐释用于数值分析的条件的示意图；
[0019] 图10A和图10B是示出通过数值分析得到的图7中所示的光伏阵列组中的风力系 数分布的视图；
[0020] 图11A和图11B是示出通过数值分析得到的图8中所示的光伏阵列组中的风力系 数分布的视图；
[0021] 图12是示出根据另一个实施例的光伏发电系统的透视图；以及
[0022] 图13是示出图12中所示的光伏发电系统的平面图。
【具体实施方式】
[0023] 关于光伏发电系统，JIS(日本工业标准）C8955对承受四种类型的荷载的太阳能 电池板的设计进行了限定，这四种类型的荷载为：由光伏阵列自身的质量所引起的恒载； 由风压所引起的风压荷载；由太阳能电池板表面上的积雪所引起的雪荷载；以及由地震力 所引起的地震荷载。荷载组合根据安装环境而变化。风压荷载是许多太阳能发电厂都必需 考虑的载荷，并且运用了通过风速来计算施加在光伏阵列上的风压荷载的近似法。当运用 所述标准时，"在具有多个支架的情况下，可以将通过公式计算的风力系数运用到外周端， 并且可以将所述值的1/2运用到中心部分"。然而，没有对中心部分的构成的明确定义。因 此，当设计光伏发电系统时，重要的是对使用了外周端处的风力系数的1/2的区域（中心部 分）进行适当估计，从而可以确保安全。
[0024] 现在将参考附图来描述实施例。在以下实施例中，相似的附图标记表示相似的元 件，并且将省略对它们的重复描述。
[0025] 图1是示意性地示出根据实施例的光伏发电系统100的透视图。图2是示意性地 示出光伏发电系统100的平面图。如图2中所示，光伏发电系统100包括光伏阵列组110和 风障120,其中光伏阵列组110包括多个光伏阵列111，风障120布置于光伏阵列组110的 周围，并且包括多个防风元件121。在图2中所示的示例中，三个光伏阵列111-1至111-3 在端部对齐的状态下并列放置。图1示出两个光伏阵列111-1和111-2,以及两个防风元件 121。
[0026] 如图1中所示，每个光伏阵列111包括接收阳光并产生电力的多个太阳能电池板 112、以及支撑并固定太阳能电池板112的支撑结构113。支撑结构113包括支架114和混 凝土底座115,其中支架114对与水平面倾斜给定角度的太阳能电池板112进行支撑，混凝 土底座115将支架114固定在地面上。参考图2,每个矩形块表示一个太阳能电池板112。 在图2的示例中，由导电连接构件连接的八个太阳能电池板112布置于每个光伏阵列111 中。
[0027] 通常，从发电效率的角度来看，将太阳能电池板112安装为倾斜状态。例如，在诸 如日本之类的北半球中的高纬度地区中，将太阳能电池板112倾斜安装，从而使其光接收 表面116面向南方。考虑到诸如安装位置的纬度和环境之类的各种条件，确定水平面与光 接收表面116所形成的角度。
[0028] 在该实施例中，假设太阳能电池板112向南布置的情况。在这种情况下，在南北方 向上并列放置三个光伏阵列111-1至11卜3。在光伏阵列111-1至111-3中的每一个光伏 阵列中，将太阳能电池板112排列在东西方向上。在图2的示例中，防风元件121布置于光 伏阵列组110的西侧、东侧和北侧上。
[0029] 在该实施例中，每个防风元件121具有翼形水平截面。更具体地，每个防风元件 121具有非对称的翼形水平截面。风障120改变从光伏阵列组110的背侧流向光伏阵列组 110的空气的流动。此处，光伏阵列组110的背侧指的是面向太阳能电池板112的背表面的 一侧。在太阳能电池板112向南布置的所述实施例中，从光伏阵列组110的背侧吹向光伏 阵列组110的风指的是包括从北流向南的一些风（例如，北风、东北风或西北风）的风。
[0030] 例如，当吹西北风时，如图2中所示，风201被布置于光伏阵列组110的北侧上 (即，背侧上）的防风元件组122-1挡住。风202被布置于光伏阵列组110的西侧上的防风 元件组122-2偏转（即，转向），并且变成向南吹的风，如箭头A所示。风203被布置于光 伏阵列组110的东侧上的防风元件组122-3偏转，并且变成向南吹的风，如箭头B所示。因 此，风障120防止从背侧吹向光伏阵列组110的风中的至少部分风直接冲击太阳能电池板 112。这减少了直接冲击太阳能电池板112的风，并且降低了作用在太阳能电池板112上的 风压。
[0031] 图3示意性地示出了当东北风吹在100所示的光伏发电系统上时的空气流动。风 301被防风元件组122-1偏转，并且变成向西吹的风，如箭头C所示。风302被防风元件组 122-3偏转，并且变成向南吹的风，如箭头D所示。风303被防风元件组122-2偏转，并且 变成向南吹的风，如箭头E所示。因此，风障120防止从背侧吹向光伏阵列组110的风中的 至少部分风直接冲击太阳能电池板112的背表面。这减少了直接冲击太阳能电池板112的 风，并且降低了作用在太阳能电池板112上的风压。
[0032] 在该实施例中，防风元件121的水平横截面具有翼形形状，从而减少了作用在防 风元件121自身上的风压（风荷载）。因此，可以降低防风元件121的强度，并且减少防风 元件121的安装成本。
[0033] 图4A和图4B是示出从上侧看时通过数值分析得到的防风元件121周围的空气流 动的视图。流入的风的方向在图4A与图4B之间变化了大约45°。从图4A和图4B中显 而易见的是，空气流动在通过防风元件121之间时改变了自身的方向。可以通过将防风元 件121布置在光伏阵列组110周围来改变空气流动。因此，可以减少直接冲击光伏阵列111 的风。因此，可以减少作用在太阳能电池板上的风压，并且在确保安全的同时减轻支撑结构 113的重量。
[0034] 将参考图5来详细描述光伏阵列111与防风兀件121之间的布置关系。图5是光 伏发电系统的一部分的放大的视图。例如，将防风元件121布置为使防风元件121之间的 距离（防风元件间隔）L1等于或者小于弦长C，并且防风元件121与光伏阵列111之间的距 离L2落在lm至2m的范围内。弦长C指的是连接弦的前缘和后缘的线段的长度，如图5中 所示。根据光伏阵列111的布置和安装位置的状态来确定防风元件121的尺寸，该安装位 置在能够确保防风元件间隔L1和防风元件121与光伏阵列111之间的距离L2的范围内。
[0035] 注意，根据安装环境的风的状态，防风元件121可以环绕光伏阵列组110布置，或 者部分地围绕光伏阵列组110布置。例如，当在西北风吹得猛烈而东北风不猛烈的区域中 安装光伏发电系统100时，将防风元件121布置在光伏阵列组110的北侧和西侧上。防风 元件121是独立的，并且不是所有的防风元件121都必需具有相同的尺寸和形状。此外，所 有防风元件121的防风元件间隔L1不一定都相同。可以将防风元件间隔L1任意地设置在 小于单个防风元件121的弦长C的范围内。
[0036] 不仅可以在光伏阵列111具有对齐的端部时安装风障120,如图2中所示，还可以 在光伏阵列组110中的端部具有阶梯式差异时安装风障120,如图6中所示。如图6中所 示，当吹东北风时，风601被防风元件组122-1偏转，并且变成向西吹的风，如箭头F所示。 风602被防风元件组122-3偏转，并且变成向南吹的风，如箭头G所示。这减少了直接冲击 太阳能电池板112的风，并且降低了作用在太阳能电池板112上的风压。
[0037] 图7示意性地示出了根据对比示例1的光伏发电系统700。图8示意性地示出了 根据对比示例2的光伏发电系统800。与图1中所示的光伏发电系统100不同，图7和图 8中所示的光伏发电系统700和800不包括风障。在光伏发电系统700的光伏阵列组710 中，六列光伏阵列711中的每一个光伏阵列均包括10个太阳能电池板112。图8中所示的 光伏发电系统800的光伏阵列组810包括五列光伏阵列811，并且太阳能电池板112的数 量在光伏阵列811之间不同。位于最北端的第一列光伏阵列811-1包括三个太阳能电池板 112,与光伏阵列811-1的南侧相邻的第二列光伏阵列811-2包括五个太阳能电池板112。 以此方式，列数每增加一个（即，位置向南移动），太阳能电池板112的数量就增加两个。在 这种情况下，第五列光伏阵列811-5包括11个太阳能电池板112。
[0038] 本发明的
【发明者】通过数值分析获得了光伏发电系统700和800的光伏阵列组710 和810中的风力系数分布。将对数值分析中所使用的分析模型进行描述。在数值分析中， 除了太阳能电池板112以外的元件（例如，支架和底座）对风流动的影响很小，并且不被考 虑在内。对于光伏发电系统700而言，如图9A中所示，将太阳能电池板112的宽度W设置 为1500mm，将深度D设置为3000mm，并且将厚度T设置为100mm。另外，如图9B中所示，将 太阳能电池板112的高度H设置为500mm，并且将角度小设值为30°。如图7中所示，将 光伏阵列711之间的距离L设置为3000mm。太阳能电池板112向南布置。将风向设置为从 北到南的方向（由图7中的箭头A所表示的方向）和从东北到西南的方向（由图7中的箭 头B所表不的方向）。将风速设置为30m/s。
[0039] 对于光伏发电系统800而言，将太阳能电池板112的宽度W设置为1500_，将深度 D设置为2945mm，并且将厚度T设置为100mm。另外，将太阳能电池板112的高度H设置为 730mm,并且将角度设置为10°。如图8中所示，将光伏阵列811之间的距离L设置为 1700mm。太阳能电池板112向南布置。将风向设置为从北到南的方向（由图8中的箭头C 所表示的方向）和从东北到西南的方向（由图8中的箭头D所表示的方向）。将风速设置 为 30m/s。
[0040] 由以下等式（1)来定义风力系数C。在等式（1)中，就风力系数C而言，将从太阳 能电池板112的背表面到光接收表面116的方向限定为正。风力系数C表示绝对值越大， 则作用在太阳能电池板112上的风压就越大。
【权利要求】
1. 一种光伏发电系统，包括： 光伏阵列组，所述光伏阵列组包括多个光伏阵列，所述光伏阵列中的每一个光伏阵列 包括多个太阳能电池板和支撑所述太阳能电池板的支撑结构；W及 风障，所述风障被布置为至少部分地围绕所述光伏阵列组，并且包括多个防风元件， 所述防风元件中的每一个防风元件具有翼形形状水平截面，或者所述风障包括多个防风元 件，通过组合多个平板来形成每个所述防风元件。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述防风元件中的每一个防风元件具有非对称 的翼形形状水平截面。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述防风元件的安装间隔不超过所述翼形形状 的弦长。
4. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述防风元件的安装间隔不超过所述翼形形状 的弦长。
【文档编号】H02S20/00GK104467632SQ201410448617
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】神保智彦, 比斯瓦斯·德巴司, 松冈敬, 长谷川义朗 申请人:株式会社东芝